衛(wèi)星光通信系統(tǒng)中二元光學光束整形元件設計方法研究.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，是光通信技術在衛(wèi)星應用領域的拓展，也是現(xiàn)代衛(wèi)星通信領域的重要研究方向。隨著小衛(wèi)星技術的發(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元件，不僅能實現(xiàn)傳統(tǒng)光學所不能實現(xiàn)的功能，并且還使終端的體積、重量、功耗大大降低。二元光學作為現(xiàn)代光學技術的一個重要分支，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)化算法仿真設計衛(wèi)星光通信終端中所需的二元光學元件。論文首先對當前的研究現(xiàn)狀進行分析，包括衛(wèi)星光通信和二元光學的發(fā)展狀況以及兩者的交叉領域，然后從惠更斯-菲涅耳原理出發(fā)，介紹了標量衍射原理，并對透鏡實現(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計二元光學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)中實際應用為背景，分別針對發(fā)射機和接收機設計了從高斯光

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環(huán)光束的光束整形二元光學元件。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，本文采用了三種設計算法，分別是GS算法，輸入輸出法和相位限制GS算法，并用這三種方法設計上述三類二元光學元件，最后給出了算法的比較結果和設計結果。本文對于輸入