卫星光通信终端空间光至单模光纤自动耦合研究

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1、硕士学位论文卫星光通信终端空间光至单模光纤自动耦合研究RESEARCHONTHEAUTOMATICCOUPLINGOFSPACELIGHTTOSINGLEMODEOPTICALFIBERINSATELLITEOPTICALCOMMUNICATIONTERMINAL张月姣哈尔滨工业大学2016年6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：公开工学硕士学位论文卫星光通信终端空间光至单模光纤自动耦合研究硕士研究生：张月姣导师：谭立英教授申请学位：工学硕士学位学

2、科：光学工程所在单位：光电子科学与技术答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN929.13U.D.C:621.391.6DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTHEAUTOMATICCOUPLINGOFSPACELIGHTTOSINGLEMODEOPTICALFIBERINSATELLITEOPTICALCOMMUNICATIONTERMINALCandidate：ZhangYuejiaoS

3、upervisor：Prof.TanLiyingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：OpticalEngineeringDept.ofOpto-electronicScienceandAffiliation：TechnologyDateofDefence：July,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要在当今社会科学

4、技术飞速发展进步，很多时候人类的需求会超越当前的水平，在通信领域也是如此。人们总是渴望着更加快速地信息交流，网络速度不断地更新迭代就是不断地顺应人类的需求。目前人类主要是采用微波通信，但是现在微波通信面临一个瓶颈窘境，很难做出突出的发展进步，所以卫星光通信顺应时代潮流及时出现，但是卫星光通信还是处于初期阶段，距离真正地商业化使用还是有一定的距离。在卫星光通信中通信的稳定性和可靠性至关重要，空间光至单模光纤的耦合则是制约通信质量的一个重要因素。只有在空间光能够高效率地耦合到单模光纤中才可以进行光放大和滤波处

5、理等后续工作来充分保证通信质量。但是单模光纤的纤芯是非常小的，所以任何一点微小的偏移改变都能够对耦合效率产生巨大的影响。空间光至单模光纤的耦合中耦合效率主要受到两个方面的影响，一方面是耦合模式匹配的问题，另外一方面就是耦合之前光线与光纤的对准问题。本文依据相关的模式匹配原理推导了耦合效率公式并做了相关的仿真，探讨理想情况下影响耦合效率的因素。另外结合可能产生的单模光纤的偏移问题进行了研究，推导出了在存在各种偏移情况下耦合效率公式。针对耦合效率容易受到横向偏移的影响，本文提出使用控制算法进行空间光至单模光纤

6、自动耦合控制，实现动态补偿。空间光至单模光纤自动耦合控制最重要的就是控制算法选用，本文主要选用模式搜索法和粒子群优化算法这两种控制算法进行比对。首先是运用相关的耦合效率公式分别采用两种寻优算法做仿真，查看两种算法在仿真中具体的性能表现。通过仿真结合每种方法的搜索次数和最后的搜索结果来看，粒子群优化算法抵抗外界干扰的能力较强，不会受到太多的影响。相反模式搜索法则是容易受到外界干扰的影响而使搜索次数随干扰大小而变化。实验过程中利用快速倾斜镜来对耦合到单模光纤之前的光产生一个随机的干扰，分别通过两种算法来及时调

7、整单模光纤保证耦合效率处在一个较高的水平。实验结果表明粒子群算法在补偿单模光纤损耗上比模式搜索算法具有更强的可靠性。关键词：卫星光通信；空间光；单模光纤；耦合效率；粒子群优化算法；模式搜索法I哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractIntoday'srapiddevelopmentofsocialscienceandtechnology.Inmosttimehumanbeings’needswillgobeyondthecurrentlevel,assameasinthefieldofcommuni

8、cation.Peoplearealwayseagertoexchangeinformationmorequickly,andthespeedofthenetworkisconstantlyupdatedtomeettheneedsofhumanbeings.Atpresent,humanbeingsmainlyusemicrowavecommunication,butthemicrowavecommunicationisfa