光通信终端光学表面污染检测装置研制及效应分析

发布时间：2017-06-26 20:11

  本文关键词：光通信终端光学表面污染检测装置研制及效应分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：为满足人们对于高数据率、大容量通信的需求,激光通信应运而生。激光通信载波频率高,很容易实现几Gbps的通信速率,且保密性好,因此不断发展成熟。如今,空间组网成为新的目标,故需要研制大量的光通信终端(用户、地面、近轨、中轨和高轨)。而终端的通信性能受诸多因素影响,其中光学表面污染是影响光学系统性能的一大因素,最终影响到星上终端的工作寿命。因此,有必要预估及检测光学敏感表面污染沉积量,同时研究污染效应。首先,本文基于微量污染检测的基本原理,研制了10MHz镀铝石英晶体微量天平(QCM),其理论质量灵敏度在10-9g/cm2量级。该装置的校准实验结果表明:在实际的测量周期内,表现出良好的时间稳定性,保证了污染测试的准确性;通过引入参考晶体,既基本消除了环境因素的影响,也降低了对其控温精度的要求;通过直接测量待测晶体与参考晶体频率,避免了使用混频器带来的系统复杂性和误差;通过绝对标定实验,测定实际质量灵敏度在10-8g/cm2量级,满足实际应用需求,且成本低,实用性好;通过三维有限元分析方法(3D-FEA),表明外加电压和部分污染沉积对石英晶体质量灵敏度产生影响,导致QCM实际质量灵敏度比理论质量灵敏度低。然后,本文通过地面真空试验,证实了该石英晶体微量天平用于表面污染量检测的有效性。从有机非金属材料出气模型、污染分子传输模型和污染分子沉积模型出发,建立了一套污染模型,初步分析了真空试验下的污染沉积过程,为光学表面污染预估与防护、材料筛选提供参考依据。最后,本文针对光通信终端常用的卡氏光学天线,应用污染模型,仿真分析了仅遮光罩为出气污染源时,主次镜表面污染沉积速率,结果与实验量级相符。借助Zemax的镀膜功能,进行了污染效应研究,仿真分析了主次镜表面不同厚度的环氧树脂污染层,对整个光学系统光功率的影响。
【关键词】：石英晶体微量天平(QCM) 污染检测 质量灵敏度 污染预估 污染效应
【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】：2016
【分类号】：TN929.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-13
• 1.1 课题研究背景及目的意义8-9
• 1.2 国内外研究现状及分析9-12
• 1.2.1 污染检测的国内外研究现状及分析9-10
• 1.2.2 QCM的国内外研究现状及分析10-12
• 1.3 本文主要内容12-13
• 第2章 10MHz镀铝QCM研制13-28
• 2.1 引言13
• 2.2 基本理论13-14
• 2.3 QCM具体结构14-25
• 2.3.1 石英晶体振荡驱动电路的设计与实现15-17
• 2.3.2 等精度频率计数器的设计与FPGA实现17-19
• 2.3.3 串口通信模块的设计与FPGA实现19-23
• 2.3.4 石英晶体振荡频率实时显示模块实现23-24
• 2.3.5 测温、控温模块实现24-25
• 2.4 石英晶体选型25-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 10MHz镀铝QCM校准28-43
• 3.1 引言28
• 3.2 QCM振荡频率时间稳定性28-29
• 3.3 QCM频率温度关系29-32
• 3.4 QCM质量灵敏度32-42
• 3.4.1 实验结果32-35
• 3.4.2 三维有限元分析法数值仿真结果35-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 10MHz镀铝QCM地面验证43-52
• 4.1 引言43
• 4.2 真空试验污染量的非实时检测43-44
• 4.3 真空试验污染量的实时检测44-50
• 4.3.1 污染模型45-47
• 4.3.2 实验结果47-50
• 4.4 本章小结50-52
• 第5章 卡氏光学天线表面污染量预估及效应研究52-61
• 5.1 引言52
• 5.2 卡氏光学天线系统分析52-54
• 5.3 卡氏光学天线表面污染量预估结果54-57
• 5.4 卡氏光学天线表面污染效应仿真研究57-60
• 5.5 本章小结60-61
• 结论61-63
• 参考文献63-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果66-68
• 致谢68

  本文关键词：光通信终端光学表面污染检测装置研制及效应分析，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：487452