無線光相干通信性能改善極限

目錄
前言
第1章 無線光相干通信國內(nèi)外研究進展 1
1.1 無線光相干通信發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.1.1 無線光相干通信技術國外發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.1.2 無線光相干通信技術國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 6
1.2 無線光相干檢測技術發(fā)展現(xiàn)狀 7
1.2.1 無線光相干檢測技術國外發(fā)展現(xiàn)狀 7
1.2.2 無線光相干檢測技術國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 8
1.3 雙波長波前畸變校正系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 10
參考文獻 13
第2章 無線光相干通信系統(tǒng) 19
2.1 概述 19
2.2 無線光相干通信系統(tǒng)組成 19
2.2.1 信號調(diào)制 21
2.2.2 空間光-光纖耦合 25
2.2.3 光混頻 26
2.2.4 雙平衡檢測 31
2.2.5 偏振控制 33
2.2.6 光源頻率控制 36
2.2.7 信號解調(diào) 38
2.3 影響相干光通信性能的主要因素 39
2.3.1 調(diào)制驅(qū)動特性對星座圖和誤碼率的影響 39
2.3.2 信號光偏振態(tài)的改變對中頻信號幅值的影響 43
2.3.3 信號光與本振光的波前不匹配對混頻效率的影響 44
2.3.4 中頻信號頻率隨機漂移對星座圖和誤碼率的影響 45
2.3.5 信號傳輸帶寬與信號光功率對檢測靈敏度和誤碼率的影響 46
參考文獻 47
第3章 影響無線光相干檢測性能的因素 50
3.1 直接檢測與相干檢測 50
3.1.1 直接檢測 50
3.1.2 相干檢測 51
3.2 無線光相干檢測國外研究進展 53
3.3 無線光相干檢測國內(nèi)研究進展 57
3.4 影響無線光相干檢測極限的因素 60
3.4.1 熱噪聲和散粒噪聲 60
3.4.2 信號光的波前畸變 61
3.4.3 信號光與本振光的偏振失配 62
3.4.4 光斑尺寸偏差和光軸偏轉 63
3.4.5 耦合效率 64
3.4.6 檢測器的性能 65
3.4.7 前置光放大器 66
3.5 無線光相干檢測發(fā)展趨勢 67
3.6 無線光相干檢測未來發(fā)展展望 68
參考文獻 69
第4章 影響相干檢測靈敏度的機制 73
4.1 檢測器性能對系統(tǒng)檢測靈敏度的影響 73
4.1.1 本振光功率對系統(tǒng)檢測靈敏度的影響 73
4.1.2 熱噪聲對系統(tǒng)檢測靈敏度的影響 77
4.1.3 光電二極管量子效率的比例系數(shù)對系統(tǒng)檢測靈敏度的影響 78
4.2 分束器分束比對系統(tǒng)檢測靈敏度的影響 79
4.3 光場模式匹配對系統(tǒng)檢測靈敏度的影響 80
4.3.1 本振光為均勻分布 81
4.3.2 本振光為艾里分布 82
4.3.3 本振光為高斯分布 83
4.4 光斑尺寸對系統(tǒng)檢測靈敏度的影響 84
4.5 對準誤差對系統(tǒng)檢測靈敏度的影響 86
4.5.1 軸向誤差對系統(tǒng)檢測靈敏度的影響 86
4.5.2 徑向誤差對系統(tǒng)檢測靈敏度的影響 89
4.5.3 偏轉誤差對系統(tǒng)檢測靈敏度的影響 90
4.6 部分相干EGSM光束偏振態(tài)對相干檢測靈敏度的影響 92
4.6.1 部分相干EGSM光束基本理論 92
4.6.2 大氣湍流下部分相干EGSM光束偏振態(tài)對相干檢測靈敏度的影響 95
4.7 部分相干EGSM光束偏振態(tài)對系統(tǒng)性能的影響 108
4.7.1 部分相干EGSM光束非偏振態(tài)的產(chǎn)生 108
4.7.2 部分相干EGSM光束偏振態(tài)對系統(tǒng)性能的影響研究 109
4.7.3 實驗結果分析 111
參考文獻 114
第5章 光空間分布對混頻效率的影響 116
5.1 不同空間分布光束及相干檢測 116
5.1.1 不同空間分布光束 116
5.1.2 大氣湍流對混頻效率的影響 119
5.2 渦旋光與平面波組合模型的混頻性能 122
5.2.1 信號光為平面波 123
5.2.2 信號光為渦旋光 134
5.3 大氣湍流對渦旋光束相干檢測性能的影響 139
5.3.1 大氣湍流 139
5.3.2 系統(tǒng)結構 146
5.3.3 渦旋光束相干檢測的增益 148
5.3.4 相干檢測性能影響因素 152
5.4 渦旋光相干檢測性能實驗 158
5.4.1 渦旋光相干檢測的實驗 159
5.4.2 大氣湍流對渦旋光相干檢測性能的影響實驗 161
參考文獻 163
第6章 波前畸變對混頻效率的影響 165
6.1 多光束傳輸相干檢測原理與波前畸變產(chǎn)生機制 165
6.1.1 多光束傳輸相干檢測 165
6.1.2 大氣湍流 167
6.1.3 大氣湍流中光信號的波前畸變 169
6.1.4 對比分析 174
6.2 波前畸變對光束傳輸特性的影響 177
6.2.1 模式法描述的波前畸變 177
6.2.2 圓形孔徑中波前畸變影響下的光場分布模型 185
6.2.3 方形孔徑中波前畸變影響下的光場分布模型 187
6.3 波前畸變對無線光相干檢測系統(tǒng)性能的影響 189
6.3.1 波前畸變引起對準誤差 189
6.3.2 波前畸變對混頻效率的影響 193
6.3.3 高階波前畸變的校正補償算法 194
6.3.4 高階波前畸變及其校正補償仿真 197
6.3.5 波前畸變對無線光相干檢測系統(tǒng)性能極限的影響 198
6.4 實驗驗證 204
6.4.1 室內(nèi)波前畸變校正實驗 205
6.4.2 外場波前畸變校正實驗 207
6.4.3 1.3km多光束傳輸實驗 209
參考文獻 212
第7章 不同波長光信號波前畸變特性分析 214
7.1 不同波長光束在大氣湍流中的傳輸 214
7.1.1 激光在大氣湍流中的傳輸分析方法 214
7.1.2 平面波相位起伏差異分析 217
7.1.3 球面波相位起伏差異分析 221
7.2 自適應光學系統(tǒng)校正殘差分析 223
7.2.1 自適應光學系統(tǒng)誤差模型 223
7.2.2 變形鏡的面型擬合誤差 223
7.2.3 非共光路誤差 224
7.2.4 波前傳感器測量誤差 225
7.2.5 光學元件偏振色差誤差 226
7.3 弱湍流區(qū)域不同波長光束波前畸變差異分析 228
7.3.1 到達角起伏 228
7.3.2 不同波長高斯光束到達角起伏互相干函數(shù) 231
7.3.3 不同波長高斯光束波前相位數(shù)值關系 232
7.3.4 數(shù)值仿真 234
7.4 強湍流區(qū)域不同波長光束波前畸變差異分析 238
7.4.1 強湍流 238
7.4.2 強湍流區(qū)域不同波長信號光波前畸變差異誤差結構函數(shù) 240
7.4.3 仿真分析 244
7.4.4 無波前傳感測量誤差補償校正 248
7.5 實驗驗證 253
7.5.1 雙波長通信系統(tǒng)波前畸變差異補償校正仿真實驗 253
7.5.2 1.2km實驗裝置及實驗光路 255
7.5.3 10km自適應光學校正實驗 257
7.5.4 100km自適應光學校正實驗 258
7.5.5 實驗結果分析 258
參考文獻 261
第8章 多校正器波前畸變校正解耦控制 266
8.1 問題的提出 266
8.2 快速反射鏡和變形鏡 267
8.3 采用多校正器校正波前畸變 268
8.3.1 算法原理 268
8.3.2 快速反射鏡和變形鏡工作原理 270
8.3.3 采用快速反射鏡和69單元變形鏡組合的自適應光學系統(tǒng) 271
8.3.4 采用69單元變形鏡和292單元變形鏡組合的自適應光學系統(tǒng) 272
8.4 采用多波前校正器解耦算法校正波前畸變 273
8.4.1 算法原理 273
8.4.2 偏擺鏡和69單元變形鏡組合的雙變形鏡校正系統(tǒng) 276
8.4.3 69單元變形鏡和69單元變形鏡組合的雙變形鏡校正系統(tǒng) 280
8.5 實驗驗證 283
8.5.1 采用多波前校正器校正波前畸變實驗驗證 283
8.5.2 采用多波前校正器解耦算法校正波前畸變實驗驗證 284
參考文獻 285
第9章 部分相干光外差檢測系統(tǒng) 287
9.1 部分相干光外差檢測系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 287
9.2 部分相干高斯-謝爾模型光束 289
9.2.1 空間-時間域 289
9.2.2 空間-頻率域 291
9.3 部分相干光外差檢測系統(tǒng)性能分析 291
9.3.1 部分相干光外差檢測原理 291
9.3.2 信噪比和外差效率 293
9.3.3 影響部分相干光外差檢測性能的因素分析 295
9.4 光束模式對部分相干光外差檢測系統(tǒng)性能的影響 297
9.4.1 模式分解 297
9.4.2 光束模式對外差檢測性能的影響 298
9.4.3 1.3km外差檢測系統(tǒng)實驗 299
9.5 光束偏振態(tài)對部分相干光外差檢測靈敏度的影響 301
9.5.1 部分相干EGSM光束用于相干檢測時的檢測靈敏度 301
9.5.2 偏振態(tài)對外差檢測靈敏度的影響 304
參考文獻 307