大气中不同波长激光的传输特性研究

发布时间：2020-06-22 10:56

【摘要】：自由空间光通信(Free Space Optical,FSO)因其具有大带宽、高传输速率等独特的优点,使其得到了商业和军事行业的广泛关注,然而其大气传输信道的随机性限制了它的应用场景和范围,因此采取何种方法削弱大气对FSO传输性能的影响,提高通信质量,成为研究者的关注重点之一。本文从大气传输特性出发,分析了不同波长激光信号受大气特性的影响,研究成果可以为通过采用长波长激光信号提高FSO系统的通信质量提供一定的依据和技术支撑。首先,论文分析了大气衰减对激光信号的影响,具体又分为大气吸收效应、大气散射效应引起的衰减对激光信号的影响,根据两者均具有波长依赖性的特点,找到一些受大气衰减影响较小的激光波长作为后续的研究对象,并计算了不同波长激光时对应的具体大气衰减值。其次,采用基于快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)的次谐波大气湍流相位屏仿真方法对大气湍流特性进行了模拟,研究了利用该方法生成大气湍流相位屏的准确性与谐波次数选取的关系。为了准确地确定谐波次数,本文定义了相位结构函数增量评估标准;同时对综合功率比评估标准进行了改进,得到了最优谐波次数的计算公式。随后利用这两种评估标准分析了不同大气湍流相位功率谱密度模型的最优谐波次数的选取问题,并通过相位结构函数和相对误差函数验证了所得最优谐波次数的准确性。最后,论文研究了不同波长激光信号在大气中的传输特性。在综合考虑大气吸收、散射和湍流的影响下,搭建了激光在大气中的传输模型,获得了不同波长激光经过大气传输后的辐照度特性,验证了长波长激光信号更适合用于FSO通信系统。随后在现有FSO通信系统的基础上,给出了采用长波长激光的FSO通信系统的组成图。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.1
【图文】：

大气窗口,吸收波长

且 FSO 通信中常用到的 785nm、1550nm 以及目前研究者感兴趣的 10000nm波长均处在这些大气透射窗口内。除此之外，还可以明显的发现尚未被使用.4~4.1μm 波段具有最高的大气透射率。因此，本文后续研究波长主要包85nm、1550nm、4000nm 和 10000nm。表 2-1 大气中主要吸收分子对应的吸收波长中心点大气吸收分子吸收波长中心点（μm）H2O0.72, 0.82, 0.93, 0.94, 1.13,1.38,1.46, 1.87,2.66,3.15, 6.16, 11.7, 12.6, 13.5, 14.3CO21.4,1.6, 2.05, 4.3,5.2, 9.4,10.4N2O 4.5CO 4.61O34.75, 9.6, 14.1

变化曲线,大气衰减,激光,波长

b) 能见度范围：0-30km图 2-2 KIM 关系下不同波长激光对应的大气衰减变化曲线图从图 2-2 中可以明显看出，波长为 1550nm 的激光受到的大气衰减明显小于波长为 785nm 的激光受到的大气衰减，所以目前 FSO 通信中常用的激光信号波长是 1550nm；波长为 4000nm 的激光受到的大气衰减又明显小于波长为 1550nm的激光受到的大气衰减，而波长为 10000nm 的激光受到的大气衰减明显小于波长为 4000nm 的激光受到的大气衰减，但是由于目前波长为 10000nm 的激光信号

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