激光空間相干度對(duì)光纖耦合的自差接收系統(tǒng)性能影響研究.pdf

1、隨著空間探測(cè)及空間應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，空間需求傳輸數(shù)據(jù)量急劇增加。激光通信具有通信容量大、保密性好、體積小和功耗低等優(yōu)勢(shì)已成為各國(guó)的研究熱點(diǎn)。
　　美、歐、日分別自60年代、70年代、80年代開(kāi)展了衛(wèi)星激光通信技術(shù)的研究，近些年已進(jìn)入空間試驗(yàn)階段。90年代初，哈工大率先在我國(guó)開(kāi)展了衛(wèi)星激光通信技術(shù)的研究，經(jīng)20余年的研究發(fā)展也進(jìn)入了空間試驗(yàn)階段，2011年成功進(jìn)行了我國(guó)首次激光通信試驗(yàn)，使得我國(guó)在衛(wèi)星激光通信領(lǐng)域進(jìn)入了世界發(fā)展前列。<

2、br>　　激光通信的核心技術(shù)之一是接收探測(cè)技術(shù)，主要有兩種方式，即直接探測(cè)接收和相干探測(cè)接收。直接探測(cè)接收特點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工程化可實(shí)現(xiàn)性強(qiáng)，但隨著通信數(shù)據(jù)率需求的提高，探測(cè)靈敏度受到一定限制，目前也在尋求高數(shù)據(jù)率、高靈敏度的探測(cè)技術(shù)。相干探測(cè)技術(shù)近些年伴隨器件技術(shù)的逐步發(fā)展，已成為研究熱點(diǎn)。尤其是1550波段光纖器件的成熟，基于單模光纖耦合的DPSK/自差相干探測(cè)體制受到了重視。
　　國(guó)內(nèi)外的研究人員在受大氣湍流影響的激光通信

3、系統(tǒng)性能方面進(jìn)行了大量的研究工作，但針對(duì)接收系統(tǒng)性能研究的理論模型主要是建立在完全相干光的基礎(chǔ)上，并未考慮激光空間相干度的影響。由于空間光通信系統(tǒng)發(fā)射激光束并非是理想的完全相干光，激光空間相干度的特性將對(duì)光信號(hào)傳輸造成影響，使接收端光場(chǎng)分布發(fā)生變化，對(duì)接收光場(chǎng)光強(qiáng)分布產(chǎn)生影響，使光束質(zhì)量下降，影響激光通信鏈路的穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致激光鏈路系統(tǒng)冗余不足。因此，激光空間相干度對(duì)激光通信接收系統(tǒng)性能的影響問(wèn)題是光通信領(lǐng)域急需解決的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)

4、題。針對(duì)基于單模光纖耦合的DPSK/自差相干探測(cè)接收系統(tǒng)，急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題如下：
　　(1)研究激光空間相干度對(duì)系統(tǒng)中心接收光強(qiáng)平均值及分布特性的影響問(wèn)題，急需建立大氣湍流條件下基于部分相干光的中心接收光強(qiáng)理論模型。
　　(2)分析激光空間相干度對(duì)單模光纖平均耦合效率的影響問(wèn)題，建立大氣湍流條件下基于部分相干光的單模光纖平均耦合效率模型。
　　(3)解決激光空間相干度對(duì)單模光纖耦合效率隨機(jī)特性及自差接收系統(tǒng)性能的影響

5、問(wèn)題，需要建立大氣湍流條件下基于部分相干光的自差接收系統(tǒng)性能模型。
　　本文針對(duì)以上急需解決的三大問(wèn)題，針對(duì)空間激光通信系統(tǒng)實(shí)際情況(部分相干光)，建立了大氣湍流條件下基于部分相干光的中心接收光強(qiáng)理論模型，給出了激光空間相干度參數(shù)變化與中心接收光強(qiáng)的相互制約關(guān)系，獲得了大氣湍流條件下激光空間相干度對(duì)中心接收光強(qiáng)的影響規(guī)律，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論模型的正確性；建立了大氣湍流條件下基于部分相干光的單模光纖平均耦合效率模型，給出了平均耦合效率隨

6、激光空間相干度的變化關(guān)系，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；建立了大氣湍流條件下基于部分相干光的DPSK/自差探測(cè)相干接收系統(tǒng)通信性能模型，分析了激光空間相干度對(duì)系統(tǒng)衰落統(tǒng)計(jì)特性、平均誤碼率及功率代價(jià)的影響。
　　本文的研究工作是關(guān)于激光空間相干度及其對(duì)激光通信影響的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，解決了激光通信領(lǐng)域急需解決的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題——激光空間相干度對(duì)激光通信接收系統(tǒng)性能影響的問(wèn)題。研究結(jié)果進(jìn)一步充實(shí)了空間光至單模光纖耦合理論，為空間光通信系統(tǒng)的激光空間相干