光斑尺寸偏差和光轴偏转对空间光混频器混频效率的影响分析

研究了光学元件装调加工误差引起的光斑尺寸和光轴偏转对空间光混频器混频效率的影响。推导了高斯模型下的光混频效率表达式,得到当光斑尺寸与靶面尺寸的比例为0.64时,混频效率最高。在此基础上推导了光斑尺寸偏差、光轴偏转与光混频效率的表达式。并进行仿真分析,得到光斑尺寸偏差、光轴偏转与光混频效率变化曲线。当混频效率大于10%时,光斑尺寸偏差范围为-42~250μm,光轴偏转范围为203μrad。通过计算光斑尺寸偏差和光轴偏转综合误差发现,调整光斑尺寸偏差可以改善光轴偏转带来的混频效率恶化。进一步搭建空间光混频器影响因素实验平台,进行了三种光斑尺寸偏差下光混频效率随光轴偏转变化的实验。实验所测曲线与仿真结果趋势一致,受实验器件插入损耗的影响,实验值略低于仿真值。所得影响规律为空间光混频器设计、装调和加工提供了一定参考。

基于多段光纤链路的全光波长变换中的四波混频效率

利用推导出的由多段光纤构成的光纤链路中的四波混频效率公式,找出了其影响全光波长变换的四波混频效率的因素,进而利用Matlab成功模拟出了任意多段光纤链路的四波混频效率.通过调节影响混频效率的各种参数值,找到了获取最佳混频效率的取值范围,进一步可获得稳定的波长变换效率.

准直失配对空间相干激光通信混频效率的影响

相干光通信高效率混频这几年已成为国内外研究热点。论文针对空间相干激光通信系统中零差BPSK调制方案的检测灵敏度,研究了准直失配对本系统的混频效率的影响,得到了准直失配可以导致混频效率的严重下降,即系统性能的严重下降。该研究对空间激光相干通信相关工程实验具有重要指导意义。

高斯光束场分布对相干探测混频效率的影响

在相干探测系统中,信号光与本振光在探测器上进行混频产生中频信号,实现将携带目标信息的信号光转置与放大,实现了近量子噪声限的探测方式。为了有效利用回波信号获得良好的探测性能,有必要对两束光的混频特性进行研究。信号光与本振光在探测器光敏面上的分布决定了两束光的混频效率,只有信号光与本振光的场分布完全一致探测器输出的中频光电流最大。通过对高斯光束的混频进行理论推导并进行数值模拟,结果表明混频效率对光敏面上信号光的分布较为敏感,本振光束腰半径应该等于或略大于信号光束腰的半径,探测器光敏面半径应约为本振光束腰半径的2倍。

信号光偏振特性对空间相干探测混频效率的影响

90°混频器对空间相干激光通信中实现高灵敏度探测起着重要作用。研究了信号光偏振态与空间相干探测混频效率的关系。圆偏振光比传统方案所用的线偏振光具有更好的稳定性,且有利于实现高效率混频,因此提出了在信号入射端引入1/4波片的方法来改变信号光的偏振态,以模拟信号光受到外界因素影响时的偏振态变化情况。将计算得到的信号功率作为参量,研究信号光偏振态对混频效率的影响。假定入射本振光相同且忽略其他限定条件,可以得到:混频器在接收圆偏振态信号光时,可获得最大的相对信号功率,即混频效率最高。

相干激光雷达接收机混频效率

相干激光雷达接收机中,信号光为平面光经衍射形成的艾里斑,本振光为基模高斯光束,在文章中对两者在探测器光敏面上混频的混频效率进行了讨论。对于给定的信号光,若满足fλd21,那么高斯光束束腰半径取0.781fλ/d、探测器半径取1.130fλ/d时获得最大混频效率0.834,这一最佳混频可以通过离焦式扩束望远镜调节高斯光束束腰半径的大小与位置来实现。

相干探测系统中的混频效率

在自由空间相干光通信系统中,混频效率直接反映相干探测灵敏度。分别推导了混频效率随光轴径向误差、失配角、轴向离焦和大气湍流强度变化的表达式,并进行了仿真分析。结果表明:选择与波长匹配的束腰半径和相对孔径可使混频效率达到最大值0.8145。信号光与本振光的光轴径向误差对混频效率和相对孔径的影响最大,接着是失配角和轴向离焦。将以上3种影响因素分别限制在0~4μm、0~0.05rad、0~200μm范围内,当选取1550nm的光波作为通信波长且束腰半径为3.4λ、相对孔径为0.21时,混频效率可达到0.55以上。在中强湍流条件下,使用小口径接收天线能有效抑制大气湍流效应。

影响相干检测灵敏度的因素

【目的】相干光通信是一种高速、高质量和高保密的通信方式,而相干检测在相干光通信中有着极其重要的作用。高灵敏度的相干检测系统可以大幅提升相干光通信的距离,通过研究影响相干检测灵敏度的因素可以针对性地做出校正,从而提高检测的灵敏度。【方法】文章简要阐述了相干检测的原理,总结了该领域的国内外研究进展,分析了无线光相干检测系统产生的热噪声、散粒噪声、波前畸变、偏振失配角、光斑尺寸偏差和光轴偏转、耦合效率、探测器的性能和前置光放大器等方面对相干检测灵敏度的影响。【结果】结果表明,系统的热噪声和散粒噪声对检测灵敏度的影响可以通过控制本振光功率使其达到最小;信号光的波前畸变可以通过增加自适应校正系统来抑制;信号光与本振光的偏振失配角可以采用偏振控制补偿装置来补偿;光斑尺寸偏差和光轴偏转需要提高硬件的加工水平来减小这种误差;使用新型的探测器可以在一定程度上提升探测器的性能;前置光放大器能够对微弱的信号光进行放大,对提升检测灵敏度十分重要。【结论】文章分析了影响无线光相干检测灵敏度的因素,总结了近年来国内外学者提高检测灵敏度的方法,为实际应用中检测系统灵敏度的提升提供了理论参考,对相干光通信系统性能的提升有着重要的意义。

大气湍流对空间相干光通信的相干探测性能影响

空间相干光通信被认为是突破现有高速空间通信瓶颈的重要手段,但其应用受到大气湍流的极大限制.为此,本文首先基于Huygens-Fresnel原理和低频补偿功率谱反演法,研究了高斯光束经大气湍流传输后振幅和相位的随机分布特性;然后,利用相干混频效率及通信误码率模型,获得大气湍流对空间相干光通信系统性能的影响规律;最后,搭建激光外差探测实验系统,定量研究了大气湍流对空间相干光通信相干探测性能的影响.结果表明:弱湍流条件下,空间相干光通信性能几乎不受大气湍流的影响;中等强度湍流影响下,相干混频效率会随着湍流强度的增大而迅速下降,但通过提高单比特光子数可以有效抑制湍流对通信性能的负面影响;强湍流会显著破坏光束相干性,使得相干混频效率趋近于零,即使提高单比特光子数也无法有效改善通信性能.大气湍流是空间相干光通信发展的重要限制因素,该研究可为空间相干光通信系统性能评估提供有益参考.

空间光混频器分光性能的分析与优化

为了进一步提高零差相干光通信系统的接收灵敏度,对空间光混频器的信号光分光比进行了优化。根据零差相干通信系统数学模型,推导了信号光分光比和环路相位误差、通信误码率的数学表达式,经过计算分析可知当光混频器Q支路的信号光满足锁相环要求时,可通过提高I支路信号光分光比来降低误码率和提高接收灵敏度。在分光比优化后光混频效率提高了53.5%,通信探测灵敏度提高了3dB。利用VPI软件进行建模仿真,得到不同分光比下系统的眼图和相位噪声功率。仿真结果显示,探测灵敏度提高了2.83dB。最后,搭建了零差相干光通信桌面实验系统,研究了空间光混频器分光比和系统误码率、锁相环工作的影响规律,当分光比由0.5减小至0.2时,系统误码率由3.53×10^(-9)下降至4.25×10^(-10),当分光比为0.1时,锁相环失锁,误码率为1。实验结果基本符合理论和仿真结果,所得分光比的影响规律和优化结果将为空间零差相干通信系统的研制提供技术参考。

四波混频对DW DM系统的影响

光纤中的四波混频 ( FWM)效应对密度集波分复用 ( DWDM)系统造成了较大的不利影响 ,必须采取相应的措施予以克服。首先分析 FWM产生的机理和影响混频效率的主要因素 ,然后研究 FWM对 DWDM系统性能的影响 ,最后提出了几种克服 FWM对 DWDM系统性能影响的方法。

四波混频功率估计的数值仿真

在对四波混频 (FWM)功率估计的数值仿真中 ,为解决采用固定步长分布 (USSD)方法引起的谐振效应和耗时问题 ,对USSD方法进行了修正 .在窜扰要求不高的情况下 ,此修正方法较之USSD方法和对数步长分布 (LSSD)方法 ,更能满足仿真结果的稳定性要求 .

多段光纤链路中的FWM效率

通过推导由多段光纤构成的光纤链路中的四波混频(FWM)效率,找出了影响全光波长变换的FWM效率的因素,进而利用MATLAB软件成功模拟出任意多段光纤链路中的FWM效率。以由7段光纤组成的光纤链路为例,通过调节影响混频效率的各种参数的值,得到了获取最佳混频效率的参数取值范围,并可进一步获得稳定的波长变换效率。

像差及湍流对90°空间光混频器性能的影响研究

光信号在大气湍流中发生畸变,畸变光信号经过有缺陷的光学天线和空间光混频器后,存在混频效率低及抖动的问题。针对空间输出型和单模输出型的90°空间光混频器,推导了带初级像差的90°空间光混频器模型,并研究了湍流对混频效率的影响。仿真结果表明,对于探测器靶面半径为50μm的空间输出型混频器,像差量为0.2λ的倾斜、球差、离焦、彗差和像散分别导致混频效率下降9.8%、0.6%、0.36%、0.02%和0.01%。对于单模输出型混频器,像差量为0.2λ的倾斜、像散、离焦、彗差和球差分别导致混频效率下降14.11%、8.39%、6.35%、2.63%和1.13%。湍流强度Cn^(2)小于6.4×10^(-17)m^(-2/3)时,空间输出型比单模输出型混频器的混频效率高19%以上,在湍流强度Cn^(2)大于6.4×10^(-16)m^(-2/3)时,两者混频效率接近于0。最后设计加工了空间输出型和单模输出型90°混频器,并搭建性能测试平台。对于探测器靶面半径为50μm的空间输出型混频器,像差量为0.2λ的倾斜、球差和离焦导致混频效率下降52%、10%和6%;对于单模输出型混频器,像差量为0.2λ的倾斜、像散和离焦导致混频效率下降65%、24%和11%,其他像差对混频效率没有影响。湍流对混频器性能影响的实验结果显示,空间输出型光混频器中频信号值的标准差为21.388,该值远低于单模输出型标准差247.442。

基于石墨烯场效应晶体管的光电混频器研究

研究了基于石墨烯场效应晶体管(GFET)的光电混频器(Optoelectronic Mixer,OEM)。器件采用叉指电极结构,增大了器件的光吸收效率,并避免了顶栅结构栅金属对光的反射作用。采用基于7.62 cm硅基GFET的圆片工艺,实现了栅长为1μm共8指的器件制备。测试结果表明,器件的工作频率达到20 GHz。在20 GHz工作频率下,器件光探测响应度达到2.8 mA/W,光载20 GHz射频变换到1 GHz中频的混频效率为-15.87 dB。

基于光纤四波混频效应的2R全光再生方法研究

提出了一种基于光纤中四波混频(FWM)效应实现对光信号的再放大和再整形的2R再生功能的方法,分析了该方法的工作原理,设计了一种基于光纤FWM效应实现光信号2R再生的光纤传输仿真系统。仿真结果表明,2R再生信号良好,系统Q值达到21.59,验证了该方法的可行性。所设计的2R再生方案中,泵浦光的波长与功率是影响FWM效率和2R再生性能的主要因素,对其进行了扫参研究,得出泵浦波长为1 548nm、功率为40dBm时,2R再生性能最优。

密集波分复用系统中四波混频影响的研究

掺铒光纤放大器（EDFA）的引入带来了许多非线性效应，其中四波混频（FWM）现象对密集波分复用（DWDM）系统造成了较大的不利影响，必须采取相应的措施予以克服。文中首先分析了FWM产生的机理和影响混频效率的主要因素，然后研究了FWM对DWDM系统性能的影响，最后提出了几种克服FWM对DWDM系统性能影响的方法。

DWDM系统四波混频噪声精确评估算法的研究

在考虑到多种影响因素的情况下,得到了FWM(四波混频)噪声标准差的较为精确、高效的评估算法,该算法对优化设计密集波分复用系统具有重要意义。在忽略信道间串扰的基础上,利用动态分步傅里叶算法先行得到单信道内的脉冲传输规律,然后在此基础上精确求解决定FWM效率大小的重叠函数。实例计算结果表明:FWM效率大小与脉冲在传输过程中的变化有关,在群速度色散系数绝对值相对较小、归一化的特征宽度相对较大、入射脉冲峰值功率相对较大时,这种关联度比较大。啁啾系数为正,取值较大,且传输速率相对较高时,不能忽略脉冲随传输距离的变化对FWM效率的影响。

APD的混频性能受自身散热的影响

雪崩光电二极管(APD)在调频连续波激光雷达接收机中既能实现探测又能完成混频.为了研究APD在光电混频过程中是否受自身温度的影响,依据混频性能定义和已知的APD增益模型建立了混频性能模型,包括混频效率模型和混频信噪比模型.基于APD增益模型和混频性能模型,采用实验研究的方法,探究了APD混频性能受自身散热的影响.实验结果和理论分析一致表明,APD自身散热越差,即APD自身温度越高,其增益越小且混频性能越差,混频效率和混频信噪比都随着APD自身温度的升高而减小.

大气湍流下带有跟踪误差的空间相干光通信性能分析

在星地链路的空间相干光通信系统中,大气湍流、跟踪误差会影响系统的混频效率和误码率.根据混频效率公式分别推导了大气湍流强度和跟踪误差与系统混频效率的关系并进行仿真计算.计算结果表明,混频效率随跟踪误差和大气湍流强度的增加而降低,其中当跟踪误差大于12μrad或湍流强度超过10-16时,混频效率趋近零.建立了大气湍流下带跟踪误差的光混频效率及误码率的数学模型,并计算了不同情况下的混频效率.在跟踪误差小于2μrad时大气湍流是混频效率的主要影响因素,当跟踪误差继续增大时跟踪误差起主导作用.根据传统相干光通信系统参量取值估算得最大混频效率约为67.8%,当误码率为10-9时系统接收灵敏度为17photon/bit.