相干光通信中的模式退变及偏振特性研究

发布时间：2020-07-23 03:48

【摘要】：相干光通信系统外差探测灵敏度高、通信容量大、调制方方式灵活,研究相干光通信系统中光束的传输特性对提高混频效率具有重要的意义。在实际中,由于热效应、谐振腔尺寸和光学元件等因素的影响,激光器输出的光束不可能是理想的完全相干光,一般情况下为部分相干光,所以本文以部分相干高斯-谢尔(Gaussian-Schell model,GSM)模型为研究对象,研究了相干光通信系统中光束经过大气湍流的模式变化,并在接收端分析了光束通过像散光学系统的偏振特性。主要工作如下:1.根据广义惠更斯-菲涅耳原理和非相干模分解理论,推导了部分相干GSM光束经过大气湍流后的光束模式权重因子表达式,数值仿真了光学参数、湍流参数和传输距离对权重因子和M2因子的影响,并用相位屏理论,数值仿真了传输不同距离后光束模式的权重因子分布,最后在外场搭建1km的相干光通信系统,测量了不同天气下二维光强的高斯吻合度。2.根据柯林斯公式推导了GSM光束通过像散光学系统的偏振度、椭圆方位角和椭圆度的表达式,数值仿真分析了分数阶数和像散系数对轴上点和输出面上的偏振度、椭圆方位角和椭圆度的影响,并用实验验证了不同像散系数对光束偏振特性的影响。结果表明:部分相干GSM光束在湍流中传输基模占主要成份,基模的含量随束腰半径的变化存在最大值:在斜程传输的.下行链路中,光束模式受湍流的影响最小:像散系数越大,轴上点的偏振特性变化越快:像散使非焦平面上的偏振特性由圆对称分布变为椭圆对称分布,不改变焦平面的分布形状。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.1
【图文】：

西安理工大学硕士学位论文高斯函数一阶拟合，从拟合图可以看出，经过相位屏后的光强分布与标准的高斯函数非常接近，拟合后的高斯函数的参数取值为1a 0.8556，1b 0.00551，1c 0.03564，高斯函数的标准表达式为 21 1 1f ( x ) a exp x b c，拟合的评价参数和方差 SSE=0.03858，确定系数 R-square=0.9976，均方根误差 RMSE=0.01235。

西安理工大学硕士学位论文如图 4-13 所示是光束在湍流中传输 3km 后光束的模式系数所占比重，从图中可以发现光束在湍流中传输 3km 后，基模的含量减小，光束模式数量增多。图 4-14 表示的是光束在中等湍流中传输 5km 后，光束的光强分布图，从图中可以看出光强衰减非常严重，光斑也发生了漂移，展宽。(b)x / my/m(a)x / my / m图 4-14 z=5km 的光强分布：(a)三维图，(b)二维图Fig.4-14 Light intensity distribution of z=5km: (a) Three-dimensional map, (b) Two-dimensional map

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 张洪建;韦宏艳;贾锐;程玲;;斜程大气湍流中成像系统分辨率的影响因素研究[J];红外与激光工程;2015年05期

2 柯熙政;王婉婷;;部分相干光在斜程和水平大气湍流中的光强与扩展[J];应用科学学报;2015年02期

3 刘李辉;吕炜煜;杨超;麦灿基;陈德鹏;;部分相干双曲余弦厄米高斯光束在非Kolmogorov大气湍流中的传输特性[J];物理学报;2015年03期

4 蔡冬梅;王昆;贾鹏;王东;刘建霞;;功率谱反演大气湍流随机相位屏采样方法的研究[J];物理学报;2014年10期

5 李成强;张合勇;王挺峰;刘立生;郭劲;;高斯-谢尔模光束在大气湍流中传输的相干特性研究[J];物理学报;2013年22期

6 高明;南娓娜;吕宏;倪晋平;;湍流对椭圆偏振激光传输中偏振特性的影响分析[J];光子学报;2013年09期

7 付强;姜会林;王晓曼;刘智;佟首峰;张立中;;空间激光通信研究现状及发展趋势[J];中国光学;2012年02期

8 邱学雷;;铺就漫漫“天光路”——记我国首次星地激光通信试验[J];国防科技工业;2012年03期

9 李伽;陈延如;辛煜;周木春;徐实学;;随机电磁光束通过像散光学系统后的偏振恒定性[J];中国激光;2011年01期

10 钱仙妹;朱文越;饶瑞中;;非均匀湍流路径上光传播数值模拟的相位屏分布[J];物理学报;2009年09期

相关博士学位论文 前1条

1 邓鹏;新型部分相干光束及其在湍流大气中的传输特性研究[D];华中科技大学;2013年

本文编号：2766804