光纤偏移对空间光-单模光纤耦合效率的影响

空间光-单模光纤耦合的关键技术是怎样确保耦合系统中光纤的准确定位。基于电磁场模场匹配理论,讨论了光纤偏移对空间光-单模光纤耦合效率的影响,结果显示耦合效率随着光纤偏移的增大显著下降。采用光纤调整架以及微透镜光纤可以显著改善耦合效率,讨论结果有助于空间光-单模光纤耦合器件的优化设计。     

空间光通信光纤耦合效率及补偿分析

受大气湍流影响,空间光通信系统中接收光至单模光纤耦合效率降低,根据弱湍流理论,推导了Kolmogorov湍流信道情况下准直高斯光束至单模光纤平均耦合效率表达式,仿真了1 km传输距离下不同接收孔径下平均耦合效率与湍流强度的关系,结果表明:当大气折射率结构常数达到10-12时,耦合效率降到0.1以下,且耦合效率随接收孔径增大而降低。采用37单元自适应光学系统（AO）进行补偿实验,对畸变波前进行重构再利用反射变形镜进行修正的方法,对比不同AO状态下波面图质量及远场长曝光成像及质心位置漂移,发现AO进行低阶像差校正后,波面峰-谷值及标准差减小、斯特列尔比（SR）及耦合效率增加,进行高阶校正后情况进一步改善。     

基于MPLC提高空间光-单模光纤耦合效率技术研究

在空间激光通信实际应用过程中,受到对准误差的影响,单模光纤耦合效率低,需要对其进行精确校正。在理想条件下,首先分析不存在对准误差及其他影响因素时平面波-单模光纤耦合效率及高斯光-单模光纤耦合效率模型,然后分别研究了光纤横向偏移和纵向偏移两种对准误差对单模光纤耦合效率的影响。在此基础上,提出了一种基于多平面光转换（MPLC）技术提高单模光纤耦合效率的方法,数值仿真了使用MPLC将平面波转化为高斯光前后及校正对准误差前后耦合效率的变化情况。仿真结果表明：使用MPLC将平面波转换为与高斯光高度相似的光束后,耦合效率会比平面波直接耦合进入单模光纤提高18.54%;使用MPLC分别校正横向偏移和纵向偏移后,耦合效率均提升至99%以上。该方法突破了空间光与单模光模式不匹配的限制,可以有效校正对准偏移误差,对于提高空间光到单模光纤的耦合效率具有一定的理论意义。     

多模光纤到单模光纤耦合效率的研究分析

由于多模光纤的纤芯直径远大于单模光纤的纤芯直径,且多模先纤的数值孔径也大于单模光纤的数值孔径,因此多单模转换效率极低.为了提高多模光纤到单模光纤的耦合效率,采用自聚焦透镜对从多模光纤出射的光束进行汇聚,使其半径大小尽量与单模光纤的芯径大小相匹配,然后再利用球透镜来减小被汇聚过的光束的发散角,在不考虑各种连接损耗的前提下,通过ZEMAX来求解多模光纤到单模先纤的耦合效率.采用这种新型组合透镜耦合的方法可以极大提高多单模耦合的耦合效率,其最高耦合效率可达到38.7%.因此,这种组合透镜法是可行的.     

单模光纤章动跟踪耦合系统设计

在光纤激光通信系统中,为了克服准误差、随机角抖动误差、大气湍流像差对单模光纤耦合效率的影响,本文设计了单模光纤章动跟踪耦合系统。首先基于模场匹配原理,分析了径向偏差和光斑大小对耦合效率的影响。其次在理论分析的基础上,对激光章动跟踪系统进行了设计,主要包括激光器、准直镜、快速反射镜、耦合透镜以及光电探测器,并以光电探测器的能量反馈完成了激光章动跟踪算法设计。最后搭建了实验平台,对系统进行了实验测试。通过实验测试得到,在激光章动跟踪时单模光纤的耦合效率为53.5%,并测试了径向偏差以及光斑大小对耦合效率的影响,得到了相应的曲线。耦合效率满足系统要求,并且实验测试曲线与理论分析的仿真曲线基本一致。     

振动对空间光-光纤耦合效率影响及补偿实验研究

利用现有成熟光纤通信技术是目前卫星光通信技术的重要发展方向,但需首先解决空间光-光纤耦合这一关键问题。文中对卫星平台振动对空间光-光纤耦合效率的影响进行了理论分析;在此基础上针对卫星光通信终端,建立以CCD 为探测器,高速偏转镜为补偿器件的卫星平台微振补偿系统,并进行了实验研究。实验结果表明:所采用的基于反馈控制技术的主动补偿系统能有效地抑制低频振动。在振动频率介于1～50 Hz,振动幅度介于75～300 rad 之间时,补偿系统对耦合效率的最大改善率可达54.73%,验证了补偿方案的可行性及有效性,为在卫星光通信系统中应用各种光纤通信技术打下基础。     

基于单模光纤耦合的无线光通信系统设计

为了实现适用于近地的单模无线光设备,设计了一种单模接收无线光通信系统.提出了一种两级跟踪和孔径平滑的设计方法以抑制大气湍流及设备轻微晃动的影响.完成了900 m外场实验,实现了最大单模耦合接收效率为20％,两端接收功率跳动在6 dB以内.实验数据表明两级跟踪加权平均的方法可以抑制大气湍流及轻微晃动.最后,提出了下一步改...     

收发共光路单模光纤耦合光学系统研究

目标散射光至单模光纤的高效耦合是光纤相干探测激光雷达系统研制的关键技术。为获得尽可能高的单模光纤耦合效率,首先分析了Zernike初级像差对单模光纤耦合效率的影响,在此基础上针对收发共光路单模光纤耦合光学系统在真空中使用的需求设计了带有真空补偿镜的耦合光学系统,实测耦合效率为55.9%。最后对耦合系统在不同温度下的耦合效率进行了测试,在(20.4±2)℃的温度范围内耦合效率最低为45.7%,并通过基于角锥棱镜的焦面位置等效验证方案验证了真空状态下的耦合效率与地面测试状态下的耦合效率一致。     

湍流扰动单模光纤耦合效率概率分布研究

为了研究大气激光通信中单模光纤耦合接收效率起伏概率分布特性,建立了受大气湍流扰动的瞬态耦合效率计算模型,据此得出影响光纤耦合效率统计分布的最少无量纲参数.通过研究发现:随着孔径半径-大气相干长度比的增大,耦合效率逐渐减小;随着耦合几何参数的增大,耦合效率先增大后减小,在某一点取得最大值.通过对空间光到单模光纤的瞬态耦合效率进行蒙特卡罗模拟与分布特征分析,提出使用双Johnson SB;分布来拟合瞬态耦合效率的概率密度函数,并用实验测量数据进行了验证.研究结果可以为不同大气湍流条件下的空间光到单模光纤耦合系统参数优化设计提供参考,有助于实现光纤耦合的大气激光通信系统.     

星地光通信链路大气湍流衰落特性研究

针对大气湍流中gamma-gamma分布的光强起伏,建立了星地光链路的衰落统计模型,研究了不同天顶角星地光通信链路的衰落概率、平均衰落次数及平均衰落时间等关键参数的统计特性.结果表明:减小天顶角和提高接收端探测灵敏度均可以极大的减少衰落概率和平均衰落次数,而不能显著缩短平均衰落时间,星地光链路的平均衰落时间为毫秒量级.     

激光成像系统中高耦合效率单模光纤耦合器设计

在三维激光成像系统中,其性能表现绝大部分决定于器件接收背反射光能幅度的大小,以及耦合器中空间光到光纤纤芯的光耦合效率的高低.为了增加耦合器中激光能量到纤芯内的耦合效率,提出了一种新型非球面透镜到锥形光纤头的耦合器的设计,得到了该耦合器中耦合效率的解析表达式.通过优化耦合透镜的倒相对孔径,对应波长为1 310 nm和1 ...     

单模光纤与单模平面波导端面激励耦合的研究

本文研究了单模光纤与Ti内扩散LiNbO_3单模平面光波导的端面激励耦合问题。测量了它们的场强分布轮廓,给出了两者位置失配影响耦合效率的实验数据。在光纤输出端用光致抗触剂制作一个微透镜,缩小光纤输出的高斯光束束腰尺寸,耦合效率提高了1.47倍,与理论计算值相符。     

Low-loss coupling of multiple fiber arrays to single-mode waveguides

A method for obtaining permanent low-loss couping between arrys of single-mode fiber and Ti:LiNbO3waveguides is described. The technique, based on the use of silicon chip V-grooves, simplifies the coupling problem by simultaneously aligning the entire array and by providing a large surface area for a higher integrity adhesive bond. Atlambda = 1.3 mum, we measure an average 1.9-dB coupling loss (exclusive of propagation loss) for the assembled array. The average excess loss due to the fiber array is 0.8 dB. We present an analysis of the effect of various types of array misalignment on coupling efficiency. Angular alignment and array periodicity are found to be critical. If the fiber and waveguide periodicities are matched exactly, the fibers need only be placed withinpm 1.3mum of their optimum position to maintain coupling efficiencies greater than 90 percent.     

An effective method for coupling single-mode fiber to thin-filmwaveguide

An effective method for coupling optical signals from single-mode fibers to thin-film waveguides is proposed. The authors show that this method provides high coupling efficiency for connecting fibers of different core diameters to thin-film waveguides of different film thicknesses or refractive indexes. The authors summarize the theoretical treatment of the coupler. Examples of couplers designed for SiO₂ -based materials as well as iron garnets are presented. Fabrication of the proposed coupler and its experimental results are described     

High efficiency single-mode fibre to Ti:LiNbO3 waveguide coupling

We have achieved a single-mode fibre to waveguide to fibre total insertion loss as low as 1 dB for a 1 cm-long titanium-diffused lithium niobate waveguide.