空间辐射环境对小信号光功率放大器的性能影响研究

摘要

卫星光通信是卫星通信领域的一个重要发展方向，但是由于其在空间传输距离上较远，传输过程没有中继放大，使得光信号经过远距离传输后损耗很大，造成信息的缺失，因此需要利用前置光功率放大器对接收端的微弱光信号进行低噪声前置放大以保证信息的准确与稳定。因此小信号前置光功率放大器是卫星光通信系统接收端中不可缺少的重要器件。应用在光通信系统接收端，作为信号光前置功率放大的CEFA(CW Erbium Fiber Amplifier)是掺铒光纤放大器的一种重要应用方式，具有工作长度适应、噪声特性好、与光纤耦合容易、无光偏振关系、稳定性良好等优点，然而在空间环境中应用时，由于空间辐射等恶劣条件将会导致其在性能上有所变化，进而对接收机的灵敏度产生严重影响。因此，空间辐射环境对小信号光功率放大器的性能影响已成为一个急需研究的问题。
　　本文对空间辐射环境下 CEFA的性能变化这一应用基础问题进行研究。首先探讨了连续型掺铒光纤放大器的应用前景，并详述空间卫星光通信以及其研究现状，分析了各国的研究成果。讨论了各种类型的光功率放大器，对空间卫星光通信系统中接收端的前置光功率放大器的选择进行简要的分析，并用简化的三能级系统对其工作原理及增益特性进行研究。其次对空间辐射环境进行分析并建立辐射理论模型，探究空间辐射对光功率放大器中各部件的性能影响，建立辐射条件下的速率方程与功率传输方程，从而可以以此分析空间辐射环境下放大器中光功率的变化情况。最后通过实验验证了理论模型，得出空间卫星光通信接收子系统中增益（G）、信噪比（SNR）、噪声指数（NF）、误码率（BER）等随辐射总剂量的变化。并且对等剂量辐射条件下不同工作波长的影响性进行分析及实验验证。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 研究的目的和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 前置光放大器在卫星光通信系统中的应用

1.5 本文主要内容

第2章 前置激光放大器的基础理论

2.1 引言

2.2 光通信系统中前置光放大器的选择性分析

2.3 掺铒光纤放大器的组成及工作原理

2.4 掺铒激光放大器的理论模型分析

2.5 前置光功率放大器在通信终端中的功能分析

2.6 本章小结

第3章 空间辐射对前置光功率放大器的影响分析

3.1 引言

3.2 空间辐射环境

3.3 空间辐射对光功率放大器的影响性分析

3.4 空间辐射条件下CEFA的理论模型

3.5 本章小结

第4章 CEFA辐射性能的实验验证及分析

4.1 实验目的

4.2 实验测试仪器需求及参数

4.3 内插法测量CEFA的性能参数

4.4 实验测试步骤

4.5 实验结果分析

4.6 可靠性分析及抗辐射性能的建议

结论

参考文献

声明

致谢