空间光耦合自动对准技术研究

发布时间：2020-09-04 10:09

　　自由空间光通信(Free Space Optical Communication,FSO)具有传输效率高、通信容量大等特点,在各个领域得到了广泛的应用。空间光耦合技术是?SO通信系统的关键技术之一。高效率的耦合能够直接提高通信质量,采用自动对准的方式能够大大降低耦合对准的难度。为此,本文以光纤耦合技术为研究对象,主要研究了空间光耦合自动对准技术,具体工作如下:1、基于模场匹配原理,理论分析了空间光-单模光纤耦合的基本原理与模型,分别讨论了轴向偏差、径向偏差和角度偏差对耦合效率的影响。2、根据所设计系统的参数指标,分别设计了压电陶瓷供电电源、压电陶瓷驱动电路、运放电路以及压电陶瓷固定方式,并对模拟退火算法进行了深入的研究,基于嵌入式开发平台将该算法-应用到实际系统中,完成了硬件和软件的部分测试。3、基于硬件和软件的设计,搭建了一套完整的基于压电陶瓷的光纤耦合自动对准闭环控制光电回路,通过实验和测试,实现了光纤耦合的自动对准,耦合效率得到了提高。模拟退火算法可在较短时间内寻找到最佳的耦合位置,耦合效率达到了 51.4%。该系统中设计的压电陶瓷驱动电路精度高、压电陶瓷固定方式可靠,该方法可以有效提高光纤的耦合效率,对光纤耦合的研究具有很重要的意义。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.1
【部分图文】：

原理图,光纤耦合,原理图

空间平面波耦合理论模型波耦合理论模型光纤耦合的基本理论进行了介绍，给出了理想条件下光纤耦合耦合效率与耦合参数的关系图。然后分别详细阐述了三种对准过理论分析计算，给出了不同偏差影响下光纤耦合效率的变化对于耦合效率的影响。最后分析了其他外界因素对光纤耦合基本理论分析通信系统中，空间光传输一段较远的距离之后，对空间光信而经过整形系统后的光束一般为高斯光束，且得到的信号光的过接收端聚焦透镜严格的聚焦后，在透镜的后焦面上形成波前纤放置于透镜焦平面的位置处来耦合传输过来的信号光，从而里斑衍射图样【1】【74】，即芯径与光斑进行重合，如图 2-1 所示

场分布,耦合效率,光纤耦合

根据光纤耦合效率的定义即耦合进光值，可表示为【1】：2o2 2o( , ) ( , )( , ) ( , )ooE x y F x y dsE x y ds F x y ds 分域。光纤耦合效率的计算其实是oE ( x , y )和随着oE ( x , y )与 ( , )oF x y 之间相似度的增大而增场分布与单模光纤端出纤模场之间的相似度越是空间光-单模光纤中的模式匹配原理【39】。由于控制调节耦合透镜的相对孔径来使聚焦光斑与。当 ( x , y) 0，即无波前像差时，光纤耦合效2221 exp( )2 )为空间光的一个耦合参数，对其进行仿真所得

示意图,偏差,轴向,示意图

对准误差大致可以分为以下三种情况：轴向偏差、径可能是在耦合系统装配时，光纤光轴与耦合系统光轴不重合，导置有所偏离；或许是光纤横截面所在位置与透镜焦平面不重合，位置有所偏离；还有可能就是光纤横截面在透镜焦平面处，但光角，导致聚焦光斑在聚焦平面上的位置有所偏离。而这些对准误是不可避免的，误差的存在将会导致激光信号能量的衰减，从而所以深入分析影响光纤耦合效率的对准偏差，不仅对校正系统的间光通信系统的研究具有很重要的意义【75】。偏差对耦合效率的影响置于透镜焦平面的位置处来耦合传输过来的信号光，从而在透镜衍射图样。在透镜焦平面上入射光束的衍射光强分布，能量集中由于耦合系统装配时引起的误差，使光斑的位置不在光纤接收端 z的距离，即会出现光纤横截面与透镜焦平面不重合的情况，从差，也称为离焦【5】，如图 2-3 所示。

【参考文献】