大气信道下窄线宽激光器对相干通信系统性能影响研究

在空间下行相干激光通信系统中,激光器的线宽大小会影响通信系统的性能,而窄线宽激光器能有效降低激光器线宽引起的激光器相位噪声,目前已经成为相干激光通信系统的首选。光信号在大气信道传输时,大气湍流会引起光信号强度和相位的波动,从而进一步影响系统的通信性能。针对上述问题,基于四相移键控(Quadri Phase Shift Keying, QPSK)通信系统的工作原理,进一步考虑窄线宽激光器线宽和大气湍流引起的光信号强度和相位的波动,给出了空间下行QPSK通信系统误码率模型。并基于该模型,数值仿真分析了窄线宽激光器对空间下行相干激光通信系统性能的影响。结果表明:大气湍流不仅严重影响系统性能,也会弱化激光器线宽对系统性能的影响。而对于大气湍流影响而言,其引起的相位波动要大于光强波动的影响。此外,随着通信速率增大,激光器线宽对于系统性能影响也会随之降低。文中对于空间下行相干激光通信系统的优化设计和调试具有一定的实际参考意义。

线宽误差对菲涅耳透镜衍射效率的影响

基于标量衍射理论，首先得出存在线宽误差情况下４阶菲涅耳透镜衍射效率的解析式；并以 ４阶、８阶和１６阶菲涅耳透镜为例，进行计算机模拟计算并系统分析线宽误差对菲涅耳透镜衍射效率的影响．通过实验测量１６阶菲涅耳透镜的线宽误差，分析其对１６阶菲涅耳透镜衍射效率的影响．模拟计算结果对多阶菲涅耳透镜的制作提供重要的理论指导．

硅基支撑系统的光刻工艺

为提高硅基支持系统制备中光刻过程的线宽精度,用正交试验分析了前烘、曝光、显影主要步骤中一些主要参数对制备结果的影响,得到了它们的影响程度的规律以及较优的参数组合。在此基础上设计和训练了合适的前向误差反向传播神经网络,对主要工艺参数进行了进一步的分析、预测和优选,并用实验加以验证。最终得到在胶厚约1.55μm时,前烘温度100℃,时间90s;曝光时间5s;显影温度15℃,时间90s时,光刻后图形的线宽偏差最小,达到了0.3μm以下。

激光线宽对干涉式光纤陀螺性能影响分析

干涉式光纤陀螺的标度因数稳定性进一步提升受限于宽谱光源平均波长扰动水平,影响了其对于旋转速率的测量精度以及在复杂环境下的长期使用。采用中心波长更稳定的激光能有效提升光纤陀螺的标度因数性能,但是激光的线宽窄,会重新引入宽谱光源已经基本消除的主要误差源。针对以激光作为干涉式光纤陀螺驱动光源的应用背景,基于光物理场方程计算得出干涉式光纤陀螺中克尔效应、偏振耦合以及背向散射误差与激光线宽的关系,并定量分析出在激光谱宽范围内的各项误差源。此外搭建了光纤陀螺实验系统,分别以窄线宽激光和通过外部相位调制进行光谱展宽后的激光为光源进行静态测试验证。实验结果表明,不同光源线宽下陀螺的角度随机游走和漂移同理论模型一致,证明了模型的正确性,且光纤陀螺在展宽激光驱动下,可满足零偏不稳定性优于0.01°/h的导航级需求。

随机噪声对海洋布里渊激光雷达测量的影响

为了分析激光雷达系统中随机噪声对海水布里渊散射谱以及温度反演精度的影响,依据布里渊散射理论及系统噪声特性,对带噪布里渊散射频谱进行了理论分析,并进行了信噪比从1d B^100d B的仿真实验。结果表明,当信噪比大于16d B时,频移和线宽的平均误差和不确定度能够控制在兆赫兹量级,温度误差和不确定度能够控制在0.2℃以内;采用实际应用中多次测量取平均的方法,10次平均能够保证0.2℃的测量精度对信噪比的要求下降到7d B。这为激光雷达在海水高精度遥感提供了指导。

激光器特性在痕量气体检测中的影响

研究了激光器扫描步长和线宽两种特性对可调谐半导体激光吸收光谱检测系统的影响,理论上推导出激光与气体吸收谱线的作用原理,分析出扫描信号(锯齿波)的台阶间隔和高度影响激光器中心波长的扫描原理.设定了仿真参数,仿真出锯齿波台阶数与最大扫描误差关系曲线,得出扫描信号的一个周期内具有4000个台阶时,半高全宽(FWHM)大于0.01 cm-1,误差小于1‰;仿真出激光器线宽与最大幅值、线宽误差关系曲线,给出线宽误差最大为1%,0.5%时激光器线宽对应的最小FWHM.在温度系数n取0.9,大气展宽系数γair取0.005的条件下,给出温度T,压强P与FWHM关系图,推出了适用的压强与温度范围.为指导选取激光器与气体吸收谱线、提高系统检测限提供了相关理论依据.

激光器线宽对空间相干光通信链路传输误码率研究

针对激光器线宽对空间相干光通信系统性能的影响,提出了激光器线宽影响空间相干光通信链路传输误码率的计算方法。研究了湍流大气中激光器线宽对链路传输误码率的影响,建立了大气湍流中空间相干光通信链路传输误码率模型。分析了不同参数影响下激光器线宽对误码率的影响,通过计算发现,线宽增大1倍,误码率增加2.7倍左右;线宽增大一个数量级,相应的误码率也增大近一个数量级。

用于光谱控制的棱镜扩束装置精密装调特性分析

线宽压窄模块是光刻用准分子激光器的重要组成部分。线宽压窄模块中棱镜组及光栅的装配角度直接影响系统输出特性。为了进一步改进准分子激光器线宽压窄模块工程化安装与调试工艺,研究了棱镜扩束器中棱镜角度偏差对系统线宽及能量的影响。通过理论推导及实验验证,分析了单个棱镜角度偏转对准分子激光系统线宽及能量的影响,确定了每个棱镜的装调误差;实验结果与理论分析结果基本符合。根据确定的装调误差优化设计线宽压窄模块的装调方法,对模块的光谱控制工程化具有一定的指导意义。