空间光混频器性能的影响因素研究
发布时间：2020-03-29 00:26
【摘要】：相比于传统的空间激光通信系统,空间相干光通信系统有着系统灵敏度强、传输距离远、传输容量大等优势,近些年得到了较多研究与应用。空间光混频器是空间相干光通信系统的核心器件之一,其作用是精确混合信号光与本振光波前,利用光场的干涉叠加为信号光提供能量增益。混频效率作为光混频器的重要性能指标,其值取决于混频器输出的叠加场所包含的中频信号分量大小,用于反映相干光通信系统的性能优劣。在实际应用中,叠加光场往往会受到混频器内部误差或外部干扰因素影响,导致混频效率低于理想状态,因此为了获得高性能系统,需要分析清楚各类影响因素与混频效率变化的关系。已有的混频效率变化规律研究均采用叠加光场直接出射至探测器的模型得出,实际上由于探测器结构与封装难以与各种类型的空间光混频器直接对接,空间光混频器多采用先将叠加光场耦合进入光纤、再由光纤输出至探测器的方案实现相干探测,与传统研究结果的模型存在差异,混频效率变化规律将不再适用。为了得到各类因素对混频器性能的影响规律、对比光纤输出型空间光混频器与直接输出型空间混频器的性能差异,本文首先基于混频器输出光直接聚焦至探测器的传统模型,分析得出了混频光束强度模式、光斑尺寸、倾斜角度、信号光波前畸变因素与混频效率的具体关系;随后建立了光纤输出型空间光混频器的混频效率计算模型,得出了混频效率与输出光纤参数的关系,以及叠加光束功率比对混频效率的影响,同时针对实际应用中对此类混频器性能影响最为明显的入射光倾斜因素进行了分析,对比了入射光对单模、多模两类耦合输出型空间光混频器混频效率的影响;最后通过实验测试了单模、多模耦合输出型空间光混频器在不同入射光倾角下的插入损耗与输出信号拍频波形,测试结果验证了部分理论模型。所建立的模型以及分析结果可作为空间光混频器设计时的参考,对于系统理论设计到实际应用的转化具有重要意义。
【图文】：
的终端根据具体使用的通信需求分为 LEO-GEO 型与 GEO-GEO 型，最高 80000km、BPSK 调制格式下速率为 1Gbps 的通信。2008 年，欧洲提出用于商业服务的数据中继卫星系统（EDRS）计划，基激光通信提供 GEO-LEO、LEO-地面站的通信服务，预计速率可达 1.8Gbps 开始建设地面基站[13]。在 2014 年至 2016 年间，EDRS 计划项目中进行了多次距离 45000km、通 1.8Gbps 的通信实验，且链路建立时间小于 55 秒[14]。此外，2008 年德国 TESAT 公司研制的 LCT 光端机加载在卫星 TerraSAR-FIRE 卫星上，实现了在空间环境中相距 4900km 时，5.625Gbps 速率的双终端采用 90°空间光混频器实现相干光束的混频叠加，，完成了空间相干光进行了与地面基站的通信试验。随后在 2009 年，利用 TerraSAR-X 卫星与地面站间建立了距离 5000km、65Gbps 的星地空间相干光通信链路[16]；2013 年，EDRS 计划利用 TerraSAR-X 卫星与地面站进行了距离 5000kmbps、误码率低于 10-9的星地双向相干光通信实验[17]，链路建立的过程小于 2
后续进行了与地面基站的通信试验。随后在 2009 年，利用 TerraSAR-X 卫星与地面站间建立了距离 5000km、通信速率 5.65Gbps 的星地空间相干光通信链路[16]；2013 年，EDRS 计划利用 TerraSAR-X 卫星与地面站进行了距离 5000km、速率5.6Gbps、误码率低于 10-9的星地双向相干光通信实验[17]，链路建立的过程小于 20 秒。图 1.1 TESAT 公司的 LCT 光端机模块与地面基站2011 年，日本宇航探索局（JAXA）在实验条件下搭建了采用 90°空间光混频器与COSTAS 锁相环组合实现的零差相干通信系统，利用 LN-MZ 调制器以 BPSK 调制格式将信息加载在信号光束上，最终实现了速率为 2.5Gbps 的零差相干通信[18]；2013 年项目组改进设备后系统传输距离提高至 5m，且短时间内系统最高可达 7.2Gbps[19]。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.1;TN773
本文编号：2605143
【图文】：
的终端根据具体使用的通信需求分为 LEO-GEO 型与 GEO-GEO 型，最高 80000km、BPSK 调制格式下速率为 1Gbps 的通信。2008 年，欧洲提出用于商业服务的数据中继卫星系统（EDRS）计划，基激光通信提供 GEO-LEO、LEO-地面站的通信服务，预计速率可达 1.8Gbps 开始建设地面基站[13]。在 2014 年至 2016 年间，EDRS 计划项目中进行了多次距离 45000km、通 1.8Gbps 的通信实验，且链路建立时间小于 55 秒[14]。此外，2008 年德国 TESAT 公司研制的 LCT 光端机加载在卫星 TerraSAR-FIRE 卫星上，实现了在空间环境中相距 4900km 时，5.625Gbps 速率的双终端采用 90°空间光混频器实现相干光束的混频叠加，，完成了空间相干光进行了与地面基站的通信试验。随后在 2009 年，利用 TerraSAR-X 卫星与地面站间建立了距离 5000km、65Gbps 的星地空间相干光通信链路[16]；2013 年，EDRS 计划利用 TerraSAR-X 卫星与地面站进行了距离 5000kmbps、误码率低于 10-9的星地双向相干光通信实验[17]，链路建立的过程小于 2
后续进行了与地面基站的通信试验。随后在 2009 年，利用 TerraSAR-X 卫星与地面站间建立了距离 5000km、通信速率 5.65Gbps 的星地空间相干光通信链路[16]；2013 年，EDRS 计划利用 TerraSAR-X 卫星与地面站进行了距离 5000km、速率5.6Gbps、误码率低于 10-9的星地双向相干光通信实验[17]，链路建立的过程小于 20 秒。图 1.1 TESAT 公司的 LCT 光端机模块与地面基站2011 年，日本宇航探索局（JAXA）在实验条件下搭建了采用 90°空间光混频器与COSTAS 锁相环组合实现的零差相干通信系统，利用 LN-MZ 调制器以 BPSK 调制格式将信息加载在信号光束上，最终实现了速率为 2.5Gbps 的零差相干通信[18]；2013 年项目组改进设备后系统传输距离提高至 5m，且短时间内系统最高可达 7.2Gbps[19]。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.1;TN773
【参考文献】
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1 周凌尧;相干光通信中的90°光混频器[D];电子科技大学;2011年
本文编号：2605143
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