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《多模光纤产生用于大气光通信的部分相干光源》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第17卷第6期强激光与粒子束Vol.17,No.62005年6月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSJun.,2005文章编号:100124322(2005)06208132043多模光纤产生用于大气光通信的部分相干光源彭仁军,吴健(电子科技大学光电信息学院,四川成都610054)摘要:克服大气湍流对近地大气光通信质量影响,可归结为在接收端的照明均匀化,而采用部分相干光照明则是提高照明均匀性的一种有效途径。提出利用多模光纤的模间色散产生一个具有部分相干光特性的合成光源的方法,分析了该光源的产生原理,表明光束发散角由光纤芯径和发射透镜的焦距决定,由模间色散产
2、生的光程差越大,该合成光源的空间相干性越差。仿真结果表明形成1mrad远场发散角的合成光源是可行的,因而适于在空间光通信中应用。关键词:大气湍流;部分相干光;照明均匀性;多模光纤中图分类号:O436.1文献标识码:A在远距离进行可靠的大气光通信,克服大气湍流的影响是值得深入研究的问题。采用自适应光学来解决[1,2][3,4]大气湍流对光通信的影响已有较多的研究。利用多孔径接收也可以提高通信质量,若接收机的探测面积足够大,以至于可以收集进入接收天线的全部信号光功率,则可以将问题简化为接收端照明均匀性的问题。[5]Robert等人提出采用多波长光的方案,各个波长的光产生相互独立的强度
3、分布,以此降低照明场的对比度,[6,7]2但采用多个波长会使结构复杂化。降低光源的空间相干性也可以提高照明均匀性,一些研究者探讨了M2[6][8,9]因子同照明均匀性的关系,表明了M因子越大,照明均匀性越高。采用多孔径发射来提高照明均匀性在目标探测和通信中都得到了应用,它可以看作是降低光源空间相干性的一类特例。研究表明,发射孔径数越多,照明均匀性越好,但孔径数量的增加必然使结构复杂,附加工作量增加,且孔径数的增加是有限度的。本文拟利用多模光纤的模间色散特性构造一种新的部分相干光源,其空间相干性在一定范围内可根据需要而进行控制,可用作在远场产生均匀性较好的照明光源。1利用多模光纤提
4、高照明均匀性对于直径远大于传输光波长的多模光纤,光在其中的传播可以按照全反射定律来处理。在图1所示的结构中,光纤平直呈棒状,其输入端面与输出端面平整且垂直于光纤轴心;激光器输出基横模圆形高斯光束,经会聚透镜L1送入光纤,并使会聚点F处于光纤输入端端面的中心;光纤输入端处于发射透镜L2的前焦面上;激光器、会聚透镜L1、光纤、发射透镜L2共轴。在这些条件下,以各种角度入射的经过会聚点的光线均将在子午面内传播。Fig.1SchematicofthetransmissionstructureFig.2Schematicofformingannularlightsource图1发射结构示意
5、图图2环状光源形成示意图忽略全反射引入的相位因子,具有入射角度θ(如图2所示)的所有光线从会聚点F到光纤输出端面的光程22-1/2Lc=nL[1-(sinθ)/n](1)式中:L表示光纤长度;n表示光纤纤芯折射率。该光程同以0°入射的光之间的程差3收稿日期:2004212210;修订日期:2005201211基金项目:电子科技大学校青年基金资助课题作者简介:彭仁军(1972—),男,博士,讲师,主要从事激光雷达、激光通信和光信息处理技术研究;E2mail:congrooprj@163.com。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd
6、.Allrightsreserved.814强激光与粒子束第17卷22-1/2ΔLc=nL{[1-(sinθ)/n]-1}(2)若光纤纤芯半径为r0,对具有θ入射角的所有光线,当θ角从0°开始逐渐增大,该部分光线在光纤输出端面上的位置对应的半径将逐渐增大,若θ角在[0θ,0]范围内变化时,对应半径从0变化至r,则[0,θ0]范围内的所有光线将会在透镜后面离焦点不远的某一位置处形成一个会聚点。其后,随着θ角的继续增大,将出现r0→0→r0→0→r0→⋯的往复变化过程。若θ角在[θ1θ,2]范围内变化时,对应半径出现一次r0→0→r0的变化,则[θ1θ,2]范围内的所有光线将在透镜后
7、面的某一位置处形成一个会聚的环。由于光纤芯径有限而产生衍射效应,上述会聚点和会聚环均将具有一定的展宽。光线自会聚点和会聚环继续向前传播到远场。因此可以认为,入射角在[0θ,0]范围内的光形成了一个等效的点状光源,入射角在[θ1,θ2]范围内的光形成了一个等效的环状光源。对远场而言,各等效光源光束的发散角均由光纤芯径和发射透镜焦距决定,取值均为2r0/f,f为发射透镜焦距,且各等效光源光束的中心方向均平行于发射透镜的主轴。考虑环状光源的半径,由图2可知,[θ1,θ2]范围内的光产生
