卫星通信终端中空间光偏移入射对光纤耦合效率影响研究

发布时间：2017-06-05 03:10

  本文关键词：卫星通信终端中空间光偏移入射对光纤耦合效率影响研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：由于卫星光通信相比微波通信具有通信数据率高、通信容量大等优势,所以卫星光通信技术受到高度重视,为了提高卫星激光通信系统探测灵敏度,实现高速通信数据率,并且在综合考虑工程实现难度情况下,采用光纤通信系统中的波分复用技术和光放大器成为一种潜在选择,因此解决空间光束至单模光纤的耦合问题成为前提基础。在进行空间光束至单模光纤耦合的过程中,耦合效率对空间光束与光纤轴心的对准误差非常敏感,而耦合效率的降低导致光接收机灵敏度下降,要保持较小的对准误差则需要对光通信系统跟踪精度提出更高的要求,所以提高光纤耦合容差特性对优化光通信系统性能来说非常重要。本文针对接收终端中空间光至单模光纤耦合容差较小的问题,提出对耦合特性进行优化研究,主要研究内容:首先介绍了卫星光通信的发展背景,针对采用光纤耦合为接收方式的通信系统,就其国内外的研究与进展状况进行了论述,以空间光至单模光纤耦合的模型为基础,通过模式耦合理论推导了最佳情况下单模光纤的耦合效率表达式,给出了接收光纤的相对位置存在横向、轴向及倾斜偏差时耦合效率的修正因子,重点分析了横向位移偏差对耦合效率的影响,并对入射偏差角度与横向位移偏差对耦合效率影响的等效性进行了分析。其次对耦合透镜离焦光场进行分析,讨论了离焦因素对耦合特性参数的影响。研究了不同耦合参数情况下耦合特性参数的变化情况,适当减小耦合参数能够提高耦合系统对偏差的容忍程度,利用Code V仿真软件建立耦合系统模型,对其进行了仿真验证。最后研究了锥形光纤对耦合特性的影响,在介绍锥形光纤传输原理的基础上分析了锥形光纤特征参数,基于锥形光纤实现光传输由多模至单模的转换。通过局部模式理论分析了锥形光纤传输特性,推导了锥形光纤中高斯光束传输的ABCD矩阵,分析了锥形前后端面模场变化,并通过仿真光波导传输过程阐述光场分布的变化过程,利用光场高斯近似计算了锥形光纤传输效率。自行制作了锥形光纤实验样品,对其进行空间光耦合实验,相比单模光纤,利用锥形光纤进行空间光耦合对系统对准偏差具有更好的容忍程度。
【关键词】：卫星光通信 光纤耦合 耦合效率 耦合容差
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN927.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 卫星光通信发展概述9-12
• 1.2 光端机系统组成12-14
• 1.3 研究目的与意义14-15
• 1.4 国内外研究现状及分析15-19
• 1.4.1 光纤耦合国外研究现状15-17
• 1.4.2 光纤耦合国内研究现状17
• 1.4.3 PAT跟瞄性能国外研究现状17-18
• 1.4.4 PAT跟瞄性能国内研究现状18
• 1.4.5 文献综述分析18-19
• 1.5 论文主要工作19-21
• 第2章 空间光偏移入射光纤耦合特性理论研究21-35
• 2.1 单模光纤理想耦合特性分析22-25
• 2.2 入射角度偏差与横向位移偏差等效分析25-28
• 2.2.1 几何光学分析25
• 2.2.2 波动光学分析25-28
• 2.3 离焦对耦合特性的影响分析28-31
• 2.3.1 离焦平面衍射光强分布28-29
• 2.3.2 离焦对单模光纤耦合效率影响29-31
• 2.4 不同耦合参数系统的耦合特性分析31-34
• 2.4.1 耦合参数对耦合特性的影响31-33
• 2.4.2 耦合参数数优化实验仿真33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 锥形光纤传输特性研究35-48
• 3.1 锥形光纤参数分析35-38
• 3.2 锥形光纤传输特性分析38-41
• 3.2.1 局部模式理论38-39
• 3.2.2 锥形光纤传输效率计算39-41
• 3.3 锥形光纤传输特性仿真41-44
• 3.4 锥形光纤对耦合特性的影响分析44-46
• 3.5 锥形光纤与单模光纤连接损耗分析46-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第4章 空间光偏移入射光纤耦合特性实验研究48-59
• 4.1 实验系统介绍48-51
• 4.1.1 实验设备48
• 4.1.2 实验系统组成48-51
• 4.2 实验过程51-52
• 4.3 单模光纤耦合实验结果与分析52-55
• 4.4 锥形光纤耦合实验55-57
• 4.4.1 锥形光纤耦合特性分析55-56
• 4.4.2 锥形光纤光斑信息分析56-57
• 4.5 实验误差分析57
• 4.6 本章小结57-59
• 结论59-60
• 参考文献60-64
• 攻读硕士期间发表的学术论文64-66
• 致谢66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 向劲松;陈彦;胡渝;;大气湍流对空间光耦合至单模光纤的影响[J];强激光与粒子束;2006年03期

2 蒋瑶;肖志刚;;锥台光纤的功率转换效率研究[J];应用光学;2011年02期

3 朱悦新;;证明锥形光纤数值孔径表达式的新方法[J];应用光学;1985年03期

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本文编号：422760