大氣湍流對(duì)空間光至單模光纖耦合效率概率分布影響研究.pdf

1、21世紀(jì)是信息的時(shí)代，人們對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊笤絹?lái)越高，對(duì)速度快、容量大、可靠性高的通信方式的需求很強(qiáng)烈，尤其是在衛(wèi)星通信上。傳統(tǒng)微波通信由于載波頻率的限制，很難將數(shù)據(jù)率提高到Gbps量級(jí)，而人們對(duì)數(shù)據(jù)率的需求已由Mbps向幾Gbps甚至幾百Gbps發(fā)展，因此急需一種新的通信方式，來(lái)滿足日益增長(zhǎng)的需求。光的頻率要比微波高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)，能攜帶更多的信息。光纖使光通信得到普及。光通信的性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于微波通信，具有傳輸數(shù)據(jù)率高、信息容量大、保密

2、性好等優(yōu)勢(shì)，因此空間光通信逐漸走進(jìn)人們的視野中。但是在空間光通信發(fā)展的初期，由于電子元器件的限制，沒(méi)有充分發(fā)揮出光波作為信息載體的優(yōu)勢(shì)。隨著電子器件的發(fā)展，空間光通信的優(yōu)勢(shì)逐漸得到體現(xiàn)，尤其是摻鉺光纖放大器（EDFA）的出現(xiàn)，大大提高了系統(tǒng)接收端的靈敏度。為了將空間光耦合到EDFA中，首先要將空間光耦合到單模光纖，故單模光纖的耦合效率是分析系統(tǒng)接收端性能時(shí)一個(gè)十分重要的參數(shù)。在衡量系統(tǒng)接收端性能時(shí)往往使用平均耦合效率，但是大氣湍流使到達(dá)

3、接收端的信號(hào)光波前發(fā)生相位畸變，使耦合效率成為一個(gè)隨機(jī)變量，在均值附近起伏較大。而且，誤碼率與信噪比和耦合效率之間的關(guān)系是非線性的，僅僅通過(guò)平均耦合效率來(lái)分析系統(tǒng)接收端的性能是不準(zhǔn)確的。
　　本文從耦合效率的定義出發(fā)，建立了在大氣湍流存在的條件下建立了耦合效率在大氣湍流存在的條件下的統(tǒng)計(jì)模型，通過(guò)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)Rice分布可以很好地描述耦合效率的變化；通過(guò)數(shù)值仿真，驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，發(fā)現(xiàn)模型可以較好地描述耦合效率隨大氣湍流強(qiáng)度及波前畸

4、變補(bǔ)償項(xiàng)數(shù)的變化。推導(dǎo)出星地下行激光通信鏈路誤碼率和信噪比的表達(dá)形式，分析耦合效率對(duì)這兩個(gè)指標(biāo)的影響，并通過(guò)建立的統(tǒng)計(jì)模型，分析大氣湍流強(qiáng)度和波前補(bǔ)償項(xiàng)數(shù)對(duì)系統(tǒng)接收端信噪比和誤碼率的影響。通過(guò)長(zhǎng)度為11.8km的大氣外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，測(cè)得空間光至單模光纖的耦合效率。通過(guò)大量的數(shù)據(jù)采集，計(jì)算當(dāng)時(shí)條件下的大氣相干長(zhǎng)度，分析在一定大氣湍流強(qiáng)度的條件下，耦合效率的分布情況。以此為基礎(chǔ)，與建立的理論模型進(jìn)行對(duì)比，分析模型的準(zhǔn)確性，并對(duì)模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷模?/p>