零差相干激光通信系统中高效率空间混频器设计与测试

发布时间：2020-07-10 23:52

【摘要】：零差相干激光通信具有高光学增益、通信容量大和抗截获能力强等优点,被认为是解决远距离、高速率通信问题的最有竞争力的技术手段之一。实现零差相干激光通信需要满足一系列的苛刻条件,而具有高效率的空间光混频器是其中条件之一。本论文针对空间光混频器的关键性能—相位精度、插入损耗、支路能量均匀性和分光比—进行了分析和仿真,并提出和验证了相应的补偿和优化方法,提高了空间光混频器的效率和系统的灵敏度。首先,分析了零差相干探测灵敏度与空间光混频器分光比的关系,分析结果表明选用最优分光比时的灵敏度比均匀分光时高近2.55dB,验证实验结果与分析结果相符。其次,构建了90°空间光混频器的数学模型,分别对90°空间光混频器的相位精度、插入损耗和支路能量不均匀性进行了研究。第三,提出了补偿相位差与调整分光比的方法,并对其进行了仿真和实验验证,结果表明可以通过旋转1/4波片和1/2波片实现相位差的精确补偿和预期分光比的调整。第四,设计了一组非球面整形镜,将均匀分布的信号光整形为高斯分布,整形后光束振幅分布与理想振幅分布接近,通过分析得出最高混频效率比未整形时有14.2%的提升。最后对90°空间光混频器的插入损耗、支路能量均匀性和相位精度进行实验测试,同时也进行了分光比调整与90°相位差补偿验证实验和混频器分光比对系统灵敏度的影响验证实验,实验研究结果与理论分析结果相符。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.1
【图文】：

土星,光束发散,光波,射频通信

第 1 章绪论研究的目的和意义着科技的不断进步，在海上、空中或太空中远距离设备之间的通信连接正在不断增加[1]，远距离、高速率的通信技术越来越受到人们的重视，而信（Free Space Optical Communication, FSOC）是一种解决上述问题较为决方案。前的遥感技术正在向高光谱分辨率和高空间分辨率发展，要求数据的回快，速率已由每秒百兆比特向每秒吉比特发展[2]，射频通信技术变得越来外，地球同步轨道以外的空间也是射频通信技术的发展瓶颈，射频电波长大很多倍，发散角也会比较大，信号功率随着通信距离增加的衰减更收端有足够的灵敏度，通信天线体积通常会很大，以土星与地球之间的用 X 波段进行通信时所需的天线直径为 3.7m，而采用光波进行通信时所为 0.1m，如图 1.1 所示[3]。

紧凑型,块状

探测率和截获率使得它在国防应用中也大多采用强度调制/直接探测（IM/DD）高探测灵敏度和调制方式多样性的优势景噪声，可以将探测灵敏度进一步地提器性能的好坏对零差相干接收机的灵敏度、插入损耗和支路能量均匀性。因此，如均匀性小的 90°空间光混频器是该领域的展状nhorst 提出一种用于相位分集接收机的紧器由一块分光棱镜和两个圆柱形方解石组束进行准直和聚焦[11]。耦合效率约为 60

示意图,块状,公司,迈克尔逊干涉仪

图 1.3 块状 90°光混频器[12]TESAT 公司采用了 R. Garreis 和 Carl Zeiss 所提出的包结构，研制出了图 1.4 所示的 90°光混频器，通过紫外胶在玻璃板上，使得光混频器的重量和体积得以减小，同时，保证系统有较高的稳定度[13]。图 1.4 TESAT 公司研制 90°光混频器[13]美国 Optoplex 公司研制出了基于迈克尔逊干涉仪原理的示意图如图 1.5 所示。混频器采用该结构的好处之一是有

【参考文献】