衛(wèi)星光通信系統(tǒng)中二元光學(xué)光束整形元件設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、衛(wèi)星光通信以激光作為信息載體在衛(wèi)星間或者衛(wèi)星和地面之間建立高速信息通道，是光通信技術(shù)在衛(wèi)星應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，也是現(xiàn)代衛(wèi)星通信領(lǐng)域的重要研究方向。隨著小衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，對于衛(wèi)星光通信系統(tǒng)的體積、重量和功耗提出了更高的要求。在終端中采用二元光學(xué)元件，不僅能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)光學(xué)所不能實(shí)現(xiàn)的功能，并且還使終端的體積、重量、功耗大大降低。二元光學(xué)作為現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)的一個重要分支，在光束整形方面具有極大的靈活性，理論上可以實(shí)現(xiàn)任意波形間的變換。
　　本文

2、以衛(wèi)星光通信系統(tǒng)中光束整形的需求為背景，用GS算法及其優(yōu)化算法仿真設(shè)計(jì)衛(wèi)星光通信終端中所需的二元光學(xué)元件。論文首先對當(dāng)前的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，包括衛(wèi)星光通信和二元光學(xué)的發(fā)展?fàn)顩r以及兩者的交叉領(lǐng)域，然后從惠更斯-菲涅耳原理出發(fā)，介紹了標(biāo)量衍射原理，并對透鏡實(shí)現(xiàn)傅里葉變換的過程加以解釋。第三章則介紹了基于傅里葉變換的迭代算法設(shè)計(jì)二元光學(xué)元件的模型和算法以及評價函數(shù)。最后本文以衛(wèi)星光通信系統(tǒng)中實(shí)際應(yīng)用為背景，分別針對發(fā)射機(jī)和接收機(jī)設(shè)計(jì)了從高斯光

3、束到均勻光束、從高斯光束到環(huán)形光束和從均勻光束到點(diǎn)環(huán)光束的光束整形二元光學(xué)元件。均勻光束有利于接收端的探測；環(huán)形光束可以使出射光束有效的避開物鏡次鏡的遮擋，使出射光束能量增大；點(diǎn)環(huán)光束可以將通信系統(tǒng)和PAT系統(tǒng)共用，有效的減小了終端的體積和重量。
　　對于三類光束之間的變換，本文采用了三種設(shè)計(jì)算法，分別是GS算法，輸入輸出法和相位限制GS算法，并用這三種方法設(shè)計(jì)上述三類二元光學(xué)元件，最后給出了算法的比較結(jié)果和設(shè)計(jì)結(jié)果。本文對于輸入