星间光通信接收终端的光纤耦合稳定性研究.pdf

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1、工程硕士学位论文星间光通信接收终端的光纤耦合稳定性研究RESEARCHONFIBERCOUPLINGSTABILITYOFINTERSATELLITEOPTICALCOMMUNICATIONRECEIVINGTERMINALS杨宇奇哈尔滨工业大学2018年06月国内图书分类号：TN929.13学校代码：10213国际图书分类号：621.391.6密级：公开工程硕士学位论文星间光通信接收终端的光纤耦合稳定性研究硕士研究生：杨宇奇导师：于思源教授申请学位：工程硕士学科：光学工程所在单位：光电子信息科学与技术系答辩日期：2018年6月25日授予学位单位：哈尔滨工业

2、大学ClassifiedIndex：TN929.13U.D.C.：621.391.6DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONFIBERCOUPLINGSTABILITYOFINTERSATELLITEOPTICALCOMMUNICATIONRECEIVINGTERMINALSCandidate：YangYuqiSupervisor：Prof.YuSiyuanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：OpticalEnginee

3、ringDept.ofOptoelectronicInformationAffiliation：Science&TechnologyDateofDefence：June25,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要在近些年的卫星光通信研究中，为了进一步提升激光通信速率以及在增加探测的灵敏度，要求将空间光耦合进光纤。由于光通信终端在工作的过程中，会受到卫星平台振动和刚体形变等影响，导致入射信号光束与接收光学天线之间产生一定的角度偏移误差。采用单模

4、光纤进行空间光耦合接收由于纤芯尺寸过小，导致耦合的稳定性较差。采用多模接收又会因为模式数量过多而导致基模被激发的能量大幅度下降。为此本文通过研究近些年的光纤耦合研究现状，基于可工程应用的前提下，提出采用一种双包层光纤-单模光纤拉锥结构作为空间光耦合接收前端，使用该结构可以在耦合效率高于最低要求值的前提下，保证耦合效率在振动环境下具有更佳的稳定性，同时也降低了对跟瞄系统的高性能要求。并且针对所提出的结构，进行了光纤内的模式分析，推导了空间光与该结构在振动环境下的耦合曲线。设计了光学实验，通过模拟星间的振动环境，测量出了在实验环境下，采取单模光纤与提出了双包层光

5、纤-单模光纤拉锥结构的耦合曲线分布，对比了两种结构的稳定性。基于实验数据构建了双包层光纤-单模光纤拉锥结构和单模光纤的耦合曲线模型，随后仿真在高斯与均匀分布振动下，分别采用单模光纤和双包层光纤-单模光纤拉锥光纤作为前端进行空间光耦合时的光通信系统的平均误码率。本文通过理论分析和实验测量，论证了在振动环境下，所提出的双包层光纤-单模光纤拉锥光纤结构相比于现工程采用的单模光纤具有更佳的稳定性，采用该结构的通信系统可以容忍更加剧烈的振动环境，该结构可以提升系统的误码率稳定性以及降低PAT系统的跟瞄精度要求。关键词：星间光通信；光纤耦合效率；双包层光纤；误码率I哈尔

6、滨工业大学工程硕士学位论文AbstractIntheresearchofsatelliteopticalcommunicationinrecentyears,inordertofurtherimprovethelasercommunicationrate,spatiallightisrequiredtobecoupledintotheopticalfiber.Astheopticalcommunicationterminalisintheprocessofworking,itwillbeaffectedbythevibrationofthesatellite

7、platformandthedeformationoftherigidbody,resultinginanangleoffseterrorbetweentheincidentsignalbeamandthereceivingopticalantenna.Theuseofsingle-modefiberforspatiallightcouplingreceptionresultsinpoorcouplingstabilityduetothesmallcoresize.Withmulti-modereception,theenergyofthefundament

8、almodeisgreatlyreducedduet