提高光通信光纤耦合效率的控制方法研究

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1、密级:___________硕士学位论文提高光通信光纤耦合效率的控制方法研究作者姓名：甘勋指导教师：江彧副研究员王宗友副研究员中国科学院光电技术研究所学位类别：工程硕士学科专业：控制工程研究所：中国科学院光电技术研究所二零一六年五月StudyonthecontrolmethodofenhancingThefibercouplingefficiencyofthespaceopticalcommunicationByGanXunADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcade

2、myofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofEngineeringInstituteofOpticsandElectronicsChineseAcademyofSciencesMay,2016致谢匆匆的三年硕士时光就快要结束了，在研究所的这三年里，收获了许多。在实验室各位老师的指导和同学的帮助下，顺利的完成了毕业论文的撰写。在此，诚心感谢所有关心和帮助了我的人！由衷的感谢我的两位导师江彧副研究员和王宗友副研究员。从毕业设计的

3、开题到最后的论文，这每个阶段的学习和工作中，两位老师认真的态度、悉心的指导、提出的许多宝贵意见，都给了我非常大的帮助。两位老师严谨求实的治学作风、开阔的思维、卓越的见识也让我受益终身。非常感谢光电所一室的毛耀研究员。在我整个研究生阶段，毛老师不管是从学习上还是工作上都给了我很多帮助，他在学术上对我的指导让我受益颇深。从毛老师身上我学到了做科研所需要的开拓思维以及一丝不苟的工作作风，学到了在遇到困难时应该如何面对。毛老师幽默风趣、热爱生活的态度也是我学习的榜样，由衷的感谢您。感谢光电所一室的边疆副研究员。边疆老师在整个实

4、验过程中耐心的给我讲解了许多光学方面的知识，给了我很多帮助，让我顺利的完成了实验部分的工作。特别感谢边疆老师在外场应用实验时给我的帮助。感谢光电所一室的田竞老师，刘琼副研究员、李志俊师兄、张超师兄、赵志强师兄。在我的研究生期间，你们就像朋友一样陪伴着我，在学习和生活上都给了我很多帮助。感谢我的小伙伴邓超，从大一开始到后来一起考研来到光电所，一起经历了很多事。从你身上我学到了许多对我未来的人生路有很大帮助的品质，祝你未来的学习和生活一帆风顺！感谢曹政学弟和陈静学妹，你们俩乐观、积极向上的生活态度让我获益良多。感谢一室的所

5、有研究生同学，在我遇到问题的时候，总能给我想办法解决。感谢一室的黄金老师和赵娥老师在行政工作方面对我的帮助，感谢研究生部的廖俊莉老师和胡琛老师等老师对我研究生生活和工作的支持与帮助。最后，感谢我亲爱的父母，感谢你们的养育和教导。最后感谢我的两个姐姐，感谢你们对我的无私的爱。I摘要如今，光纤通信技术发展迅速并因为其高带宽、低损耗等特点广泛的应用在民用和军用领域。空间光通信因为兼备了光纤通信以及微波通信的优点，成为一种新兴的无线宽带通信技术，并受到了各国的广泛关注。各发达国家对卫星轨道之间、星-地、地-空、地-地以及大气间

6、等各种形式的自由空间光通信系统进行了广泛的研究。由于空间光通信系统接收端接收到的信号往往十分微弱，而光纤耦合的效率直接影响空间光通信的通信解码成功率，因此提高光纤耦合效率成为空间光通信系统面临的首要挑战。影响光纤耦合效率的主要因素包括大气衰减、大气湍流和接收端的机械振动等，大气衰减会对光进行吸收和散射，属于无法补偿的损耗。大气湍流和接收端的机械振动带来的影响在接收端表现形式是光斑随机抖动、光强减弱以及耦合初始位置改变等，这部分损耗可以通过一定方式进行补偿以提高光纤耦合效率。近年来，随机并行梯度下降算法（SPGD）因为其

7、实现容易、收敛速度快等优点在自适应光学中广泛应用。考虑到SPGD在解决随机扰动问题方面的优势，本文拟采用二维随机并行梯度下降法并结合快速反射镜（FSM）解决大气湍流以及机械抖动引起的光纤耦合效率降低的问题。通过SPGD产生正负两次二维随机扰动量并驱动FSM；以光功率计模拟光纤接收端，将采集到的两次光功率计接收到的能量并将两者的差值作为SPGD的判断因子，产生下一次扰动进而提高耦合的效率（能量）。在应用SPGD算法提高光纤耦合的过程中，影响SPGD算法收敛效果的主要因素包括耦合的初始位置对准精度以及SPGD算法的设定参数

8、（扰动增益和扰动幅值）。实验表明，光纤的初始耦合位置的对准精度直接影响算法的收敛效果，而SPGD设定参数将影响算法的收敛速度和收敛稳定性。而随着机器视觉在光电系统中的图像采集和图像分析处理方面的广泛应用及快速发展，且CCD探测器在参数测量方面具有其他探测器无法比拟的优势，基于机器视觉的应用对我们研究提高光纤耦合效率的方法有着重要的