超相干长度的激光相干探测性能研究

为实现大宽带频率范围的探测,提出一种基于本振可调谐的相干激光雷达方案,通过调谐激光频率,降低了探测器和采集硬件的采样压力,并通过相位测量和相位估计迭代等方式对回波信号进行相位补偿,最终实现对远距离弱信号目标的探测。系统分析了相干激光探测系统的各个环节(激光器、调制器、传输路径等)对系统相干性的统一影响,采用斯特列尔比来表征相干探测系统的相干性劣化程度,以及相干探测系统的相干时间(相干长度)情况。仿真结果表明,相干探测系统的相干性及探测精度会受到激光器、相位调制、距离延迟等环节的相位影响。通过实验验证,当积分时间为0.7 ms、回波信号功率为11 fW时,相干探测系统的探测概率为52%,信噪比为10.1 dB,速度精度为11.4 cm/s;经相位补偿后,探测概率为74%,信噪比为19.8 dB,速度精度为0.16 cm/s;在经过更长的积分时间后,实现了更好的探测性能。综合结果表明,相干激光雷达在超相干长度下,经过相位补偿后,系统仍具有高灵敏度、高探测精度等特性,为后续进一步开展超相干长度下的远距离弱信号目标探测提供可行的实验依据,具有重要的研究意义。

基于注入锁定载波恢复的同源相干光传输技术

为了解决传统异源相干探测方案成本较高、数字信号处理算法复杂的问题,同源自零差相干探测方案被视为较有潜力的解决方案之一。同源自零差相干探测系统在信号传输的同时也传输一个同源的直流导频光,作为本振(LO)。但是该方案中本振光在链路中传输存在功率损耗的问题,降低了相干接收灵敏度,限制了传输距离。利用光注入锁定(OIL)则能够在保持频率与相位锁定的同时,有效提高接收端LO光功率,从而解决功率衰落问题。然而链路中偏振态(SOP)的随机变化可能导致OIL长时间处于0功率注入并影响其锁定状态稳定性。在OIL之前引入主动偏振加扰,能够避免潜在的长时间注入光功率过低的情况发生,因此抵抗了偏振衰落。通过理论与仿真研究,揭示了主动偏振加扰对OIL系统锁定/失锁特性的影响,拟合了主动偏振加扰频率与OIL最小失锁阈值功率之间的关系,并开展了大容量的同源自零差相干探测系统传输实验验证。结果表明,OIL能为LO在窄带宽内提供高增益,显著提高信噪比,且外加主动偏振加扰能使OIL系统更容易锁定,在同源自零差相干探测系统中能保持较高灵敏度的相干探测效果。这种方案能有效抵抗光传输过程中的各种衰落,对于偏振衰落问题提供了一种可以解决的方案。