空间激光通信电光章动耦合技术研究

来源 :中国运载火箭技术研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huangom444
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近年来,空间激光通信以其信息容量大、通信速率高、光束发散角小以及系统重量轻、体积小、功耗低等优点得到了业界广泛的关注。在空间激光通信系统实际应用中,如何实现空间激光到单模光纤的高效、稳定耦合接收已经成为空间激光通信系统中急需解决的首要问题之一。本文针对上述开展研究,主要工作内容包括:首先,本文主要开展了空间光-单模光纤耦合的理论研究,研究了横向偏移、轴向离焦和角度偏移等静态偏移对空间光-单模光纤的耦合效率的影响;分析了卫星平台振动等因素引起的随机抖动和大气湍流对耦合效率的影响。其次,针对激光通信系统实际需求,完成了激光通信电光章动耦合总体方案设计。依据总体方案,开展了对电光晶体光束偏转技术的研究,阐述了电光晶体的电光效应和光束偏转原理,分析了不同电光晶体材料、结构形式等因素对电光效应的影响,并采用有限元方法研究了不同电极结构电光晶体的电场分布对电光偏转性能的影响,设计了一种基于铌酸锂(LiNbO3)材料的新型四极电光偏转器件,并通过实验验证了新型电光偏转器件的性能与设计指标匹配,满足电光章动偏转的实际需求。然后,本文研究了空间光-单模光纤耦合中的章动算法和随机并行梯度下降(SPGD)算法,研究了两种算法中的关键参数选取对耦合效率提升和算法稳定性等性能的影响规律,并对比分析了两种算法条件下的空间光-单模光纤耦合效率性能。此外,利用谱反演法生成模拟湍流相位屏的方法仿真研究了大气湍流对空间光-单模光纤耦合效率的影响。最后,本文搭建了空间光-单模光纤耦合系统,测试了存在静态偏移和大气湍流影响下对空间光-单模光纤耦合光功率的影响,实验测得激光章动方案的实验结果与仿真研究一致。本文通过研究空间激光通信系统中的电光章动耦合技术,设计了支持章动偏转的新型电光偏转器件,仿真研究了章动算法对随机抖动和大气湍流引起耦合效率下降的补偿效果,并与SPGD算法进行了对比分析,实验验证了利用新型电光偏转器和章动算法对提高空间光-单模光纤耦合效率的有效性,为今后空间激光通信的电光章动耦合模块设计和工程实现提供了技术支撑。
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