激光空间相干度对光纤耦合的自差接收系统性能影响研究

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1、博士学位论文激光空间相干度对光纤耦合的自差接收系统性能影响研究RESEARCHONTHEINFLUENCEOFLASERSPATIALCOHERENCEDEGREEONPERFORMANCEOFRECEIVINGSYSTERMSBASEDONFIBERCOUPLEDSELF-HOMODYINGDETECTION李梦男哈尔滨工业大学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：公开工学博士学位论文激光空间相干度对光纤耦合的自差接收系统性能影响研究博士研究生：李梦男导师：谭立英教授申请学位：工学博士学科：物理电子学所在单位：光电子信息科学

2、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:621.391.6DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHONTHEINFLUENCEOFLASERSPATIALCOHERENCEDEGREEONPERFORMANCEOFRECEIVINGSYSTERMSBASEDONFIBERCOUPLEDSELF-HOMODYINGDETECTIONCandidate：LiMengnanSupervisor：Prof.TanLiyingAcademicDegreeAppl

3、iedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：PhysicalElectronicsDept.ofOptoelectronicInformationAffiliation：Science&ThechnologyDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要随着空间探测及空间应用技术的发展，空间需求传输数据量急剧增加。激光通信具有通信容量大、保密性好、体积小和功耗低等优势已成为各国的研究热点。美、欧、日分别自60年代、70年代、80年代开展了卫星激

4、光通信技术的研究，近些年已进入空间试验阶段。90年代初，哈工大率先在我国开展了卫星激光通信技术的研究，经20余年的研究发展也进入了空间试验阶段，2011年成功进行了我国首次激光通信试验，使得我国在卫星激光通信领域进入了世界发展前列。激光通信的核心技术之一是接收探测技术，主要有两种方式，即直接探测接收和相干探测接收。直接探测接收特点是系统结构简单，工程化可实现性强，但随着通信数据率需求的提高，探测灵敏度受到一定限制，目前也在寻求高数据率、高灵敏度的探测技术。相干探测技术近些年伴随器件技术的逐步发展，已成为研究热点。尤其是1550波段光纤器件的成熟，基于单模光纤耦合的DPSK/自差相干探测体制受到

5、了重视。国内外的研究人员在受大气湍流影响的激光通信系统性能方面进行了大量的研究工作，但针对接收系统性能研究的理论模型主要是建立在完全相干光的基础上，并未考虑激光空间相干度的影响。由于空间光通信系统发射激光束并非是理想的完全相干光，激光空间相干度的特性将对光信号传输造成影响，使接收端光场分布发生变化，对接收光场光强分布产生影响，使光束质量下降，影响激光通信链路的稳定性，严重时甚至导致激光链路系统冗余不足。因此，激光空间相干度对激光通信接收系统性能的影响问题是光通信领域急需解决的基础科学问题。针对基于单模光纤耦合的DPSK/自差相干探测接收系统，急需解决的关键问题如下：(1)研究激光空间相干度对系

6、统中心接收光强平均值及分布特性的影响问题，急需建立大气湍流条件下基于部分相干光的中心接收光强理论模型。(2)分析激光空间相干度对单模光纤平均耦合效率的影响问题，建立大气湍流条件下基于部分相干光的单模光纤平均耦合效率模型。(3)解决激光空间相干度对单模光纤耦合效率随机特性及自差接收系统性能的影响问题，需要建立大气湍流条件下基于部分相干光的自差接收系统性能模型。-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文本文针对以上急需解决的三大问题，针对空间激光通信系统实际情况(部分相干光)，建立了大气湍流条件下基于部分相干光的中心接收光强理论模型，给出了激光空间相干度参数变化与中心接收光强的相互制约关系，获得了大气湍

7、流条件下激光空间相干度对中心接收光强的影响规律，实验验证了理论模型的正确性；建立了大气湍流条件下基于部分相干光的单模光纤平均耦合效率模型，给出了平均耦合效率随激光空间相干度的变化关系，并进行了实验验证；建立了大气湍流条件下基于部分相干光的DPSK/自差探测相干接收系统通信性能模型，分析了激光空间相干度对系统衰落统计特性、平均误码率及功率代价的影响。本文的研究工作是关于激光空间相干度及其对激光通信影