外界因素对空间光混频器混频效率影响分析

摘要

空间激光通信相比微波通信，具有轻小、低功耗、抗干扰、高保密等显著优势。而相干光通信作为其主要实现方式之一，可以同时满足高速率、远距离的通信需求，近年来得到广泛研究。空间光混频器作为相干接收端的核心部件，其功能的实现与系统的通信性能息息相关。空间光混频器对所接收信号光束的质量极为敏感，且目前针对外界因素对其混频效率影响的研究较少。故本文的研究内容具有一定的学术研究价值及指导意义。
　　本文基于零差空间相干激光通信方案，对比分析了光锁相环及其混频器的选取与原理。利用琼斯矩阵对分立结构的90度空间光混频器进行理论分析，推导其输出混频光及混频效率公式。针对实现高效率混频的需求，基于该数学模型开展对影响混频效率的重要因素的研究，包括：光场模式、视轴晃动、光斑尺寸、波前质量、信号光偏振特性及探测器种类，分别建立带影响因子混频效率公式模型，并得到关系曲线。
　　经分析提出实现90度空间光混频的改进方案：采用多模光纤输出空间光混频器代替传统方案。为验证分析结果，搭建了桌面实验系统，通过对多模及单模输出空间光混频器样机的测试，验证了多模输出空间光混频器在插入损耗及抗干扰能力上的优越性，可代替传统方案，以解决空间光混频器对外界影响敏感及信号功率损耗大等问题。
　　实验中发现：由于多模输出空间光混频器存在模间干涉的问题，使得输出光束能量波动，认为若要实现工程实用化还需进行大量研究论证及可行性分析。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究目的与意义

1.2国内外研究进展

1.3本文主要研究内容

第二章 基于零差探测的空间相干激光通信方案

2.1空间相干激光通信零差探测原理

2.2零差光锁相环的选择方案

2.3光混频器的选择方案

第三章 90度空间光混频器原理与功能

3.1 90度混频器的功能实现

3.2 90度空间光混频器的原理分析

3.3 90度空间光混频器的性能指标

3.4空间光混频器的特点

第四章 外界因素对混频效率的影响分析及仿真

4.1信号、本振光场模式匹配

4.2光斑尺寸匹配

4.3波前质量

4.4视轴晃动

4.5信号光偏振特性

4.6探测器种类

第五章 测试系统及结果分析

5.1实验系统组成

5.2单模、多模光纤输出空间光混频器插入损耗测试

5.3单模、多模光纤输出空间光混频器抗干扰性能测试

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献