光纤阵列部分相干光通信系统实验研究

摘要

无线激光通信由于容量大、带宽高、保密性好并且不受频段限制等优势，受到了重视和深入的研究。然而，激光在大气中传输时由于大气湍流效应的影响，将会产生光强闪烁、光束漂移和光束扩展等现象，对激光通信链路产生不利影响，使得通信误码率变高，通信性能降低。研究表明，部分相干光因其在湍流大气中传输特性具有抑制湍流效应的能力，是改善无线激光通信性能的有效技术途径之一。近年来，对部分相干光通信的理论分析与性能仿真已有较为系统的研究，但实验研究相对滞后。故而，搭建部分相干光通信原理系统并开展大气湍流模拟环境下的通信实验研究具有重要的理论意义和应用价值。
　　本论文针对部分相干光通信技术研究需要，设计并搭建部分相干光通信原理实验系统。系统光源采用七路随机相位调制光纤阵列合成部分相干光，基于激光大气湍流传输理论，研究了其在湍流大气中的传输特性，分析了部分相干光通信系统误码率与信噪比的关系。搭建的部分相干光通信原理实验系统，采用强度调制/直接检测的方式，使用OOK调制产生信号光，发射端采用10倍扩束镜对光纤阵列部分相干光信号进行准直扩束，接收端使用光纤耦合器将光耦合进200μm芯径的多模光纤中，由25M带宽的铟镓砷探测器进行光电信号转换，再通过比较器电路进行判决并将电信号输入给FPGA的I/O口进行信号处理并接入计算机。整个部分相干光通信原理实验系统的发射/接收结构简单，调制电路设计与信号处理性能良好，光路整体性能稳定，可满足光通信性能实验研究需要。
　　利用热风式大气湍流模拟装置与部分相干光通信原理实验系统在实验室内开展部分相干光通信实验研究，通过调节光纤阵列随机相位调制电压的幅度获得不同相干长度的部分相干光，测量了该光源经大气湍流模拟池后的光强闪烁特性，并与未加随机相位调制的阵列光束的光强闪烁进行对比，结果表明随着相干性变差，光强起伏会变小，即接收光束质量变好，验证了部分相干光可以在一定程度上抑制湍流效应的结论。同时，在不同的湍流模拟环境下，对不同相干长度的部分相干光进行OOK强度调制，使用示波器观察并测试部分相干光的通信性能，通过分析接收信号眼图的眼高、眼宽以及电压噪声等参数，得出在一定的湍流大气中，通过调节部分相干光的相干长度，即调整随机相位调制电压的幅度，可以得到更高质量的信号眼图，说明部分相干光在一定程度上能够改善远距离大气激光通信的性能。

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第一章 绪论

1.1研究目的及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文内容与结构安排

第二章 湍流大气中激光通信相关理论概述

2.1湍流大气对激光传输的影响

2.2湍流大气对激光通信性能的影响

2.3本章小结

第三章 部分相干光在湍流大气中传输特性的数值仿真

3.1阵列光束合成的部分相干光原理概述

3.2阵列光束部分相干光传输的仿真计算

3.3随机相位阵列光束在湍流大气中的光强分布

3.4本章小结

第四章 部分相干光通信系统的设计与实现

4.1通信系统设计的总体要求与方案

4.2部分相干光通信系统的组成

4.3通信系统的性能测试与优化

4.4本章小结

第五章 湍流大气中部分相干光通信模拟实验

5.1大气湍流模拟池的结构与测量

5.2部分相干光通信的对比实验

5.3不同影响因素下部分相干光通信实验

5.4本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

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