空间激光通信网络中的全光数据合路技术研究

针对空间激光通信网络接入节点多路激光链路传输需求,基于高非线性光纤中四波混频参量效应,并结合色散控制,开展全光合路处理技术研究。采用VPI 10.0模拟平台构建了时间透镜全光合路系统,验证了4路速率为10 Gbps的差分相移键控DPSK(Differential Phase Shift Keying)信号光以及通断键控调制OOK(On-Off Keying)和DPSK混合制式信号光的全光合路可行性,并对全光合路技术实现中色散、光功率等关键参数对系统性能的影响进行了分析,为实际系统的设计和应用提供数据支撑。所提出的全光合路技术具有数据处理带宽大、通信制式兼容且系统复杂度低等优点,可有效降低空间激光通信网络的资源需求与载荷成本,为下一代空间激光骨干网的发展与全面应用提供有效技术支撑。

空基激光通信研究进展和趋势以及关键技术

激光通信以其带宽大、保密性好、无频谱限制等特点成为构建空天地海全域网络高速通信有效技术途径。相较天基而言,搭载在气球、飞艇、无人机、飞机等平台的空基激光通信系统以其灵活性好、成本低、可维修等特点,成为高保密军用战术网络、救灾应急网络、商用低成本网络的首选。详细介绍了美国、德国、法国、中国等空基激光通信技术最新研究进展和主要项目的参数指标,总结了一对多、轻量化、高带宽等发展趋势和面临的大气信道复杂、背景噪声严重等技术挑战,提出了高动态捕跟、高密度集成、高灵敏度接收等关键技术措施,为空基激光通信技术研究和工程项目研制提供参考。

下一代空间激光骨干网络全光处理技术

构建以高速激光链路为传输主体的空间激光骨干网络,是保障空间数据高速传输、提升信息共享率与时效性、实现信息服务网络全球覆盖的重要技术手段。空间数据容量的快速增加要求网络节点处数据处理带宽与之相适应且具备一定扩展性和兼容性。由于空间激光骨干网络节点较少、数据快速传输的特点,围绕我国下一代空间激光骨干网络节点处高带宽、低延迟的数据处理需求,基于交叉相位调制XPM和四波混频FWM两种光学三阶非线性效应分析并讨论了骨干节点处高速激光链路的交换/组播、制式转换及中继/再生全光数据处理技术,为我国下一代空间信息网络建设及高速激光链路的全面应用提供支撑。

水下湍流中温度、盐度对光学系统成像质量影响分析

针对湍流对水下成像系统的影响,基于Yao折射率起伏功率谱,推导了平面波的波结构函数,完善了水下光学成像模型,其优势在于将难以测量的微观参量如动能耗散率和温度耗散率,用平均温度和平均盐度等宏观参量代替。数值仿真了不同平均温度与平均盐度条件下水下湍流通过改变波前,进而对成像系统调制传递函数产生影响。仿真结果表明,平均温度与平均盐度升高,均会造成系统成像质量下降,进一步研究发现平均盐度增加,不同空间频率的调制传递函数值均线性下降,且下降幅度基本一致;随着平均温度升高,调制传递函数值线性下降,且高频成分的调制传递函数值下降得更快。为验证成像模型的正确性,设计搭建了3 m长的水下光学成像实验平台,利用相机记录分辨率板透过湍流的成像情况,得到不同平均温度与平均盐度条件下的调制传递函数曲线。对比实验与仿真结果发现,在平均温度10℃~30℃与平均盐度0 ppt~30 ppt范围内,对比度随平均温度与平均盐度变化趋势相同。该研究对水下光学成像系统的设计优化及水下图像处理具有一定的参考价值。

面向卫星互联网的星载光交换技术

随着卫星遥感、大数据超算中心、视频战场、6G移动通信等超高速大容量信息传输需求日益提高,以激光取代传统微波作为信息载体的卫星通信技术发展成为趋势,这也是解决微波通信带宽瓶颈和缓解频谱资源紧张的有效手段。未来需要构建全球覆盖的卫星互联网,提供地面光纤网络所不具备的能力(大覆盖率、低时延、人口稀少地区服务、无地理障碍等)。对于未来卫星节点超高速大容量信息处理来说,星载光交换技术是关键与核心。首先,介绍基于激光通信的卫星互联网发展脉络,分析面向卫星互联网的星载光交换技术的重要性,重点对星载光交换技术进行细致地分类对比、体制及信息处理模式研究,展示潜在的技术方案。然后,针对光交换核心器件特性和应用方案进行分析研究,希望为下一代卫星互联网技术研究提供借鉴与参考。

蒙特卡洛法仿真激光在水下信道中的传输特性

针对海洋港湾海水强吸收和高散射的特性,文章利用蒙特卡洛方法仿真研究了激光在浑浊港湾海水中的传输特性。文章在一定的光波长、光能量和发散角下,量化分析了水质参数和传输距离对激光的功率、脉冲响应以及光斑质量的影响。研究结果表明,激光在浑浊港湾海水中传输时,随着衰减长度的增加,光功率的衰减特性保持一致,且光功率的衰减速度不符合比尔定律所描述的线性关系。在相同的水质条件下,光脉冲的宽度和光斑的尺寸随着传输距离的增加而增大,但是当传输距离从20个衰减长度传输至30个衰减长度时,光脉冲宽度基本不变,光脉冲展宽量的变化小于1 ns,此时光斑尺寸持续增大。另外,在相同的衰减长度处,光脉冲和光斑的展宽量随着水质衰减系数的增大而减小。

基于啁啾管理激光器的直接调制RZ-DPSK信号产生技术研究

利用啁啾管理激光器的啁啾效应实现了光信号的直接相位调制,无需差分编码,也无需外部调制器。分析了利用频率啁啾产生归零差分相移键控(RZ-DPSK)光信号的原理,搭建了基于啁啾管理激光器的2.5 Gb/s RZ-DPSK激光通信系统,同时将该系统与基于LiNbO_(3)外调制的通信系统进行了性能对比。实验结果表明:当前向纠错极限误码率为10^(-3)时,直接调制RZ-DPSK系统的接收灵敏度为-48.1 dBm,与传统外调制方式的灵敏度相当,而且该系统可以有效降低发射端的体积和功耗,结构也更加简单紧凑。

卫星激光通信发展现状与趋势分析(特邀)

卫星激光通信凭借其宽带宽以及无电磁频谱约束等特点,成为解决卫星微波通信带宽瓶颈和缓减卫星频谱资源紧张,实现卫星高速通信的有效手段。本文介绍了卫星激光通信的系统组成及特点,分析了国内外卫星激光通信技术领域的发展脉络、最新研究进展和未来发展规划。结合未来空间网络与深空探测需求,从高速化、深空化、集成化、网络化、全光化五个方面总结了未来发展趋势,并对未来涉及的关键技术进行了讨论,为我国卫星激光通信技术研究提供借鉴和参考。