1 长春理工大学 光电工程学院，长春30022
2 长春理工大学 空间光电技术国家与地方联合工程研究中心，长春1300
3 深圳鹏城实验室，广东深圳518052
光信号在大气湍流中发生畸变，畸变光信号经过有缺陷的光学天线和空间光混频器后，存在混频效率低及抖动的问题。针对空间输出型和单模输出型的90°空间光混频器，推导了带初级像差的90°空间光混频器模型，并研究了湍流对混频效率的影响。仿真结果表明，对于探测器靶面半径为50 μm的空间输出型混频器，像差量为0.2λ的倾斜、球差、离焦、彗差和像散分别导致混频效率下降9.8%、0.6%、0.36%、0.02%和0.01%。对于单模输出型混频器，像差量为0.2λ的倾斜、像散、离焦、彗差和球差分别导致混频效率下降14.11%、8.39%、6.35%、2.63%和1.13%。湍流强度Cn2小于6.4×10-17 m-2/3时，空间输出型比单模输出型混频器的混频效率高19%以上，在湍流强度Cn2大于6.4×10-16 m-2/3时，两者混频效率接近于0。最后设计加工了空间输出型和单模输出型90°混频器，并搭建性能测试平台。对于探测器靶面半径为50 μm的空间输出型混频器，像差量为0.2λ的倾斜、球差和离焦导致混频效率下降52%、10%和6%；对于单模输出型混频器，像差量为0.2λ的倾斜、像散和离焦导致混频效率下降65%、24%和11%，其他像差对混频效率没有影响。湍流对混频器性能影响的实验结果显示，空间输出型光混频器中频信号值的标准差为21.388，该值远低于单模输出型标准差247.442。
空间相干光通信 90°空间光混频器 波前像差 大气湍流 混频效率 Space coherent optical communication 90° space optical hybrid Wave-front aberration Atmospheric turbulence Hybrid efficiency
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光工程技术实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
窄线宽、大调谐带宽的本振激光种子源是空间相干光通信系统中的核心组件之一,通过窄线宽种子源结合外电光调制和窄带光栅滤波的方案,可以实现窄线宽和大调谐带宽,但通过温度控制的光纤光栅难以适应空间动平台间存在的高速多普勒频移。采用压电陶瓷控制的光纤光栅,结合梯度下降算法的闭环系统,实现了光纤光栅和注入激光波长的相对锁定。所提方案可适应40 MHz/s以上的空间多普勒频移。
光通信 空间相干光通信 压电陶瓷 光纤光栅 中国激光
2020, 47(12): 1201002
西安理工大学自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
在自由空间相干光通信系统中, 混频效率直接反映相干探测灵敏度。分别推导了混频效率随光轴径向误差、失配角、轴向离焦和大气湍流强度变化的表达式, 并进行了仿真分析。结果表明: 选择与波长匹配的束腰半径和相对孔径可使混频效率达到最大值0.8145。信号光与本振光的光轴径向误差对混频效率和相对孔径的影响最大, 接着是失配角和轴向离焦。将以上3种影响因素分别限制在0~4 μm、0~0.05 rad、0~200 μm范围内, 当选取1550 nm的光波作为通信波长且束腰半径为3.4λ、相对孔径为0.21时, 混频效率可达到0.55以上。在中强湍流条件下, 使用小口径接收天线能有效抑制大气湍流效应。
光通信 空间相干光通信 混频效率 相干探测 相对孔径 大气湍流 激光与光电子学进展
2017, 54(10): 100605
1 西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西 西安 710048
2 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
为研究空间相干光通信的信噪比受本振光功率、探测器特性和光波偏振态的影响，对探测器在不同工作状态下以及光波偏振态变化时的信噪比进行了研究，讨论了在不同工作状态下探测器特性参数和本振光功率对信噪比的影响，并通过实验验证了本振光功率和光波偏振态对信噪比的影响。结果证明空间相干光通信中探测器特性参数限制了本振光功率的取值，实际最大信噪比小于理论值，最佳本振光功率大于理论值，且两光束的偏振方向越接近，输出信噪比越大，最佳本振光功率越小。
空间相干光通信 外差探测 信噪比 偏振控制 本振光功率 space coherent optical communications heterodyne detection signal-to-noise ratio polarization control local oscillator power 红外与激光工程
2016, 45(2): 0222002
1 长春理工大学 光电工程学院, 长春 130022
2 长春理工大学 空间光电技术国家与地方联合工程中心, 长春 130022
3 长春理工大学 光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室, 长春 130022
在星地链路的空间相干光通信系统中,大气湍流、跟踪误差会影响系统的混频效率和误码率.根据混频效率公式分别推导了大气湍流强度和跟踪误差与系统混频效率的关系并进行仿真计算.计算结果表明,混频效率随跟踪误差和大气湍流强度的增加而降低,其中当跟踪误差大于12 μrad或湍流强度超过10-16时,混频效率趋近零.建立了大气湍流下带跟踪误差的光混频效率及误码率的数学模型,并计算了不同情况下的混频效率.在跟踪误差小于2 μrad时大气湍流是混频效率的主要影响因素,当跟踪误差继续增大时跟踪误差起主导作用.根据传统相干光通信系统参量取值估算得最大混频效率约为67.8%,当误码率为10-9时系统接收灵敏度为17 photon/bit.
空间相干光通信 混频效率 跟踪误差 大气湍流 误码率 Free space coherent optical communication Tracking error Atmosphere turbulence Mixing efficiency Bit error rate
1 西安理工大学自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
2 西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710021
光外差探测效率不仅与大气湍流有关，还与信号光及本振光在探测器光敏面上的分布特性有。对不同光场分布下大气湍流对外差效率的影响进行了分析对比，讨论了湍流影响下外差效率随探测器半径的变化关系。结果表明: 当信号光和本振光为Airy+Gauss 模型时，大气湍流对外差效率的影响最小，且外差效率达到最大值后不随探测器半径的增大而变化；Airy+平面波模型受湍流的影响最大，即使在弱湍流下外差效率下降也十分迅速，最大可下降95.13%。
光通信 大气湍流 外差效率 光场分布 空间相干光通信 外差探测 激光与光电子学进展
2015, 52(8): 080601
1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
3 西安通信学院, 陕西 西安 710106
基于大气湍流影响下的空间相干光通信系统模型和孔径平均效应的平面波模型，通过数值模拟研究了弱光强波动条件下孔径平均效应以及大气湍流内外尺度对相干光通信系统误码率和接收孔径直径最优值的影响。研究结果表明：孔径平均效应能够有效减小相干光通信系统的误码率，改善系统性能；原始信噪比越高，传输距离越短，波长越长，相位补偿模式的J值越大，接收孔径直径越接近最优值，孔径平均效应对误码率的改善效果越明显；孔径平均效应会影响接收孔径直径的最优值，相位补偿模式的J值越大，影响越明显；系统误码率和接收孔径直径最优值会随着大气湍流内尺度的增大而相应增大，随着大气湍流外尺度的减小而相应减小。研究结果将为空间相干光通信系统设计提供必要的理论依据。
光通信 空间相干光通信 孔径平均效应 相位补偿 误码率
