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(guó)內(nèi)外研究進(jìn)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(shù)國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.1.2 無線光相干通信技術(shù)國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 6
1.2 無線光相干檢測(cè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 7
1.2.1 無線光相干檢測(cè)技術(shù)國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 7
1.2.2 無線光相干檢測(cè)技術(shù)國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 8
1.3 雙波長(zhǎng)波前畸變校正系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 10
參考文獻(xiàn) 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(hào)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(cè) 31
2.2.5 偏振控制 33
2.2.6 光源頻率控制 36
2.2.7 信號(hào)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(dòng)特性對(duì)星座圖和誤碼率的影響 39
2.3.2 信號(hào)光偏振態(tài)的改變對(duì)中頻信號(hào)幅值的影響 43
2.3.3 信號(hào)光與本振光的波前不匹配對(duì)混頻效率的影響 44
2.3.4 中頻信號(hào)頻率隨機(jī)漂移對(duì)星座圖和誤碼率的影響 45
2.3.5 信號(hào)傳輸帶寬與信號(hào)光功率對(duì)檢測(cè)靈敏度和誤碼率的影響 46
參考文獻(xiàn) 47
第3章 影響無線光相干檢測(cè)性能的因素 50
3.1 直接檢測(cè)與相干檢測(cè) 50
3.1.1 直接檢測(cè) 50
3.1.2 相干檢測(cè) 51
3.2 無線光相干檢測(cè)國(guó)外研究進(jìn)展 53
3.3 無線光相干檢測(cè)國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展 57
3.4 影響無線光相干檢測(cè)極限的因素 60
3.4.1 熱噪聲和散粒噪聲 60
3.4.2 信號(hào)光的波前畸變 61
3.4.3 信號(hào)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(zhuǎn) 63
3.4.5 耦合效率 64
3.4.6 檢測(cè)器的性能 65
3.4.7 前置光放大器 66
3.5 無線光相干檢測(cè)發(fā)展趨勢(shì) 67
3.6 無線光相干檢測(cè)未來發(fā)展展望 68
參考文獻(xiàn) 69
第4章 影響相干檢測(cè)靈敏度的機(jī)制 73
4.1 檢測(cè)器性能對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)靈敏度的影響 73
4.1.1 本振光功率對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)靈敏度的影響 73
4.1.2 熱噪聲對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)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(duì)系統(tǒng)檢測(cè)靈敏度的影響 78
4.2 分束器分束比對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)靈敏度的影響 79
4.3 光場(chǎng)模式匹配對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)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(duì)系統(tǒng)檢測(cè)靈敏度的影響 84
4.5 對(duì)準(zhǔn)誤差對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)靈敏度的影響 86
4.5.1 軸向誤差對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)靈敏度的影響 86
4.5.2 徑向誤差對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)靈敏度的影響 89
4.5.3 偏轉(zhuǎn)誤差對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)靈敏度的影響 90
4.6 部分相干EGSM光束偏振態(tài)對(duì)相干檢測(cè)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(duì)相干檢測(cè)靈敏度的影響 95
4.7 部分相干EGSM光束偏振態(tài)對(duì)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(duì)系統(tǒng)性能的影響研究 109
4.7.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 111
參考文獻(xiàn) 114
第5章 光空間分布對(duì)混頻效率的影響 116
5.1 不同空間分布光束及相干檢測(cè) 116
5.1.1 不同空間分布光束 116
5.1.2 大氣湍流對(duì)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(hào)光為平面波 123
5.2.2 信號(hào)光為渦旋光 134
5.3 大氣湍流對(duì)渦旋光束相干檢測(cè)性能的影響 139
5.3.1 大氣湍流 139
5.3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 146
5.3.3 渦旋光束相干檢測(cè)的增益 148
5.3.4 相干檢測(cè)性能影響因素 152
5.4 渦旋光相干檢測(cè)性能實(shí)驗(yàn) 158
5.4.1 渦旋光相干檢測(cè)的實(shí)驗(yàn) 159
5.4.2 大氣湍流對(duì)渦旋光相干檢測(cè)性能的影響實(shí)驗(yàn) 161
參考文獻(xiàn) 163
第6章 波前畸變對(duì)混頻效率的影響 165
6.1 多光束傳輸相干檢測(cè)原理與波前畸變產(chǎn)生機(jī)制 165
6.1.1 多光束傳輸相干檢測(cè) 165
6.1.2 大氣湍流 167
6.1.3 大氣湍流中光信號(hào)的波前畸變 169
6.1.4 對(duì)比分析 174
6.2 波前畸變對(duì)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(chǎng)分布模型 185
6.2.3 方形孔徑中波前畸變影響下的光場(chǎng)分布模型 187
6.3 波前畸變對(duì)無線光相干檢測(cè)系統(tǒng)性能的影響 189
6.3.1 波前畸變引起對(duì)準(zhǔn)誤差 189
6.3.2 波前畸變對(duì)混頻效率的影響 193
6.3.3 高階波前畸變的校正補(bǔ)償算法 194
6.3.4 高階波前畸變及其校正補(bǔ)償仿真 197
6.3.5 波前畸變對(duì)無線光相干檢測(cè)系統(tǒng)性能極限的影響 198
6.4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 204
6.4.1 室內(nèi)波前畸變校正實(shí)驗(yàn) 205
6.4.2 外場(chǎng)波前畸變校正實(shí)驗(yàn) 207
6.4.3 1.3km多光束傳輸實(shí)驗(yàn) 209
參考文獻(xiàn) 212
第7章 不同波長(zhǎng)光信號(hào)波前畸變特性分析 214
7.1 不同波長(zhǎng)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(yīng)光學(xué)系統(tǒng)校正殘差分析 223
7.2.1 自適應(yīng)光學(xué)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(cè)量誤差 225
7.2.5 光學(xué)元件偏振色差誤差 226
7.3 弱湍流區(qū)域不同波長(zhǎng)光束波前畸變差異分析 228
7.3.1 到達(dá)角起伏 228
7.3.2 不同波長(zhǎng)高斯光束到達(dá)角起伏互相干函數(shù) 231
7.3.3 不同波長(zhǎng)高斯光束波前相位數(shù)值關(guān)系 232
7.3.4 數(shù)值仿真 234
7.4 強(qiáng)湍流區(qū)域不同波長(zhǎng)光束波前畸變差異分析 238
7.4.1 強(qiáng)湍流 238
7.4.2 強(qiáng)湍流區(qū)域不同波長(zhǎng)信號(hào)光波前畸變差異誤差結(jié)構(gòu)函數(shù) 240
7.4.3 仿真分析 244
7.4.4 無波前傳感測(cè)量誤差補(bǔ)償校正 248
7.5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 253
7.5.1 雙波長(zhǎng)通信系統(tǒng)波前畸變差異補(bǔ)償校正仿真實(shí)驗(yàn) 253
7.5.2 1.2km實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)光路 255
7.5.3 10km自適應(yīng)光學(xué)校正實(shí)驗(yàn) 257
7.5.4 100km自適應(yīng)光學(xué)校正實(shí)驗(yàn) 258
7.5.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 258
參考文獻(xiàn) 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(yīng)光學(xué)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(yīng)光學(xué)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 283
8.5.1 采用多波前校正器校正波前畸變實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 283
8.5.2 采用多波前校正器解耦算法校正波前畸變實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 284
參考文獻(xiàn) 285
第9章 部分相干光外差檢測(cè)系統(tǒng) 287
9.1 部分相干光外差檢測(cè)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(shí)間域 289
9.2.2 空間-頻率域 291
9.3 部分相干光外差檢測(cè)系統(tǒng)性能分析 291
9.3.1 部分相干光外差檢測(cè)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(cè)性能的因素分析 295
9.4 光束模式對(duì)部分相干光外差檢測(cè)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(duì)外差檢測(cè)性能的影響 298
9.4.3 1.3km外差檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 299
9.5 光束偏振態(tài)對(duì)部分相干光外差檢測(cè)靈敏度的影響 301
9.5.1 部分相干EGSM光束用于相干檢測(cè)時(shí)的檢測(cè)靈敏度 301
9.5.2 偏振態(tài)對(duì)外差檢測(cè)靈敏度的影響 304
參考文獻(xiàn) 307