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。     

卡塞格仑光学天线相干接收混频效率的研究

在激光工程应用中,特别是激光大气通信、激光雷达等系统常常使用卡塞格仑光学天线作为相干接收光学天线。 相干接收信号光、本振光的混频程度由相干接收混频效率η_(?)定义。     

卫星相干光通信跟瞄误差对链路性能的影响

以星间相干激光通信链路的接收机相干效率为研究对象,分析了动态跟瞄误差对相干效率的影响,将相干效率引入到星间相干激光通信链路方程,推导了跟瞄误差波前失配条件下的相干光通信链路的误码率概率表达式,对卫星激光通信链路中跟瞄对准误差导致的相干效率下降、链路误码性能劣化情况进行了仿真计算。结果表明,由于跟瞄对准误差波前失配的影响,相干激光通信接收终端具有一个优化的接收孔径,在本仿真条件下,LEO-GEO星间链路动态跟瞄误差为0.5μrad时,优化接收孔径为0.5 m,链路可获得最佳误码性能。     

用于相干光通信的平衡探测器的设计与实现

针对国内长距离相干光通信接收系统采用单管探测器接收微弱信号噪声大、信噪比低等缺点,设计了一种应用于相干光通信系统的平衡探测器,运用两个PIN管分别加跨阻放大器(TIA),经过两个180°混频魔T进行耦合相减,消除了大部分的激光器相对强度噪声(RIN)。搭建了测试平衡探测器的相干光通信系统,使本振光和信号光进行光混频,输出眼图显示通信状态良好。通过对比双管和单管的频谱图,进一步说明相干光通信系统的噪声通过这种平衡探测器得到了降低,系统的信噪比提高了大约10 dB,从而证明了该平衡探测器运用于相干光通信系统的可行性和优越性。     

相干光纤通信对半导体激光器光谱特性的要求

一、引言相干(外差或零差)光通信是60年代发展起来的新技术。当时的光源都采用相干性好的气体或固体激光器,例如He—Ne激光器、CO_2激光器等,且工作在较长的波长(3.39μm和10.6μm)。由于大气抖动和闪烁使光相位或频率发生起伏,因此在大气中实现相干检测是很困难的。到70年代,光纤技术得到迅速发展。由于光纤通信具有容量大、衰耗低、体积小及潜在的低成本等优点,所以很快取代了大气光通信,并冲破了电缆传输在容量和中继距离上的限     

相干光通信的新成就

日本电气公司(NEC)光电子研究室的几位研究人员设计了一种二端固体激光二极管,其中一端可以对激光器进行开/关调制,另一端可以偏移激光器的频率。由于频率偏移可以达到光波谱宽的许多倍,因此可以利用调频方法实现相干传输和相干检测。NEC的研究已实现了140 bib/s·243 km的无中继传输。美国贝尔研究所的研究人员则沿着另一途径来实现相干光通信,即采用使激光二极管的线宽变窄的方     

相干激光雷达平衡式相干探测技术研究

为了分析影响平衡式相干探测信噪比的因素,采用数学模型推导了平衡式相干探测原理和信噪比公式,分析了影响平衡式相干探测信噪比的因素,研制了用于相干激光雷达信号接收的平衡式激光探测器,并通过相干雷达样机,完成了气溶胶粒子发生米氏散射回波信号的探测。结果表明,研制的平衡式激光探测器具有非常低的噪声和高探测灵敏度特性,能较好地探测出大气中气溶胶粒子发生米氏散射的激光回波信号。     

外差锁定式相干光通信

提出并研制了一种新的外差锁定激光频率调制系统,可用于相干光通信,并进行了闭环调频、调幅实验。对实用的外差锁定式半导体激光器光纤通信系统的技术条件作了讨论。     

相干光通信导论(下) 相干光通信的调制方法、传输媒质及其他

一、相干光通信的调制方法在直接检测的光通信系统中,发送端都是对光的载波强度进行直接调制的。在相干通信中,也可采用这种光强调制,例如ASK调制方式就是其中一例。但在相干光通信中,采用FSK和PSK等调制方式更为优越,故有必要研究采用半导体激光器的直接频率调制和相位调制,这样有利于发射机的小型化和集成化,并可减少光路的环节和损耗。半导体激光器的直接调频是通过在直流偏置电流上叠加一个小幅度的交变电流(几毫安以内)以改变有效腔长和折射率来实现的。在小信号时,频偏与电流变化幅度成线性关系,但调制指数的频率特性     

无线相干光通信空间分集接收合并技术

空间分集接收能补偿大气湍流造成的信道衰落。在给出相干检测分集接收的系统模型和晴朗大气信道模型的基础上,考虑子孔径间信号相关性,分析了等增益合并分集和最大比合并分集的误码率性能,并就中断概率与选择分集进行了比较。分析结果表明,空间分集接收能够明显改善相干光通信系统的性能,并且接收信号间的空间相关性越小分集接收的性能越好,其中最大比合并分集性能相对其他两种合并方式优势明显,选择分集性能最差,但它与等增益合并分集的差距不大,同时选择分集实现相对容易,在工程应用中要综合考虑实现的难易程度和性能。     

飞秒激光在相干光通信中的应用

光纤通信已是当今的主流通信方式,针时目前的光强度调制、直接探测方式的不足,相干光通信方式具有巨大的优势.而激光器又是光通信系统的重要组成部分,本文提出将飞秒激光作为相干光通信系统的光源,对于光通信系统的进一步完善和稳健发展起到重要作用.     

星间相干激光通信中科斯塔斯锁相系统设计

光学锁相环(OPLL)是相干激光通信系统中的重要组成部分。设计了科斯塔斯数字光学锁相系统,用于星间相干通信中零差接收和多普勒频移跟踪。锁相系统采用可编程逻辑门阵列(FPGA)作为主控单元,本振激光器(LO)采用调制边带注入锁定的可调谐激光器,中心波长为1550 nm,具有窄线宽和快速调谐的优点。与传统锁相环相比,系统具有更快的频率捕获速度,具有更高的稳定性。实验中,能够实现140 MHz频差范围内的快速锁定,保持锁定时间大于1 h,并能够对20 MHz/s多普勒频移跟踪,为后续星间相干通信实验提供支持。     

未来的全光通信

激光技术的出现和发展,为光通信提供了理想的光源——激光器。由于激光器产生的激光亮度高,方向性、单色性和相干性好,因而传输距离远,便于调制和接收,是一种极好的信息载体。激光器的出现及后来低损耗光纤的产生,使长期停滞不前的光通信在70年代重新崛起,     

空间相干光通信中平衡探测器灵敏度测试实验

在空间相干光通信中,为了对本振激光器和大气信道产生的共模噪声进行有效的抑制,接收机中广泛引入平衡探测器,通过分析可知,平衡探测器在相干探测时灵敏度明显提高。为了探求空间相干通信中平衡探测器的性能,对其噪声形成的机理进行了分析,给出了2.5 Gbps和5 Gbps平衡探测器在非相干与相干探测条件下的灵敏度理论极限。设计了2.5 Gbps和5 Gbps平衡探测器,构建了平衡探测器测试系统,并对其灵敏度进行了测试,在2.5 Gbps通信速率下,非相干探测灵明度达到-21.1 dBm,相干探测的灵敏度达到-41.2 dBm,测试结果与理论分析值基本吻合。空间相干光通信中平衡探测器分析与设计为空间相干光通信系统提供了理论依据和实现条件。     

多孔径接收相干合束系统性能研究

为了减小大气湍流引起的星地激光通信系统的性能衰落,采用基于光纤相干合束的多孔径接收方案。针对典型的星地相干激光通信模型,给出了通信系统的灵敏度和误码率随多孔径接收对湍流效应的补偿效果变化的数值仿真结果。同时基于已有的光纤合束方法搭建了一套4孔径接收的相干合束光通信接收装置,测试了2个和4个孔径下系统的锁相带宽。利用旋转相位屏模拟了不同Greenwood频率的大气湍流对光束波前的影响,保证了各路接收光强的不相干性。在此基础上,给出了相干合束前后光纤中的光强相对起伏方差。结果表明该系统能在弱湍流环境中有效地抑制光强闪烁。     

相干光通信中的光学桥接器

相干光通信技术是提高接收机灵敏度,发展大容量高码率激光通信系统的重要技术手段,光学桥接器将信号激光和本振激光链接到光电探测器进行相干探测处理,是相干光通信系统的关键器件之一.对近20多年来发展的光学桥接器进行了总结和分类,介绍了不同光学桥接器的原理、构造和性能,分析了光学桥接器的关键技术.     

基于延时自零差光相干接收机的激光器相位噪声测试系统

在相干光通信系统中,激光器相位噪声是影响接收机灵敏度的重要因素。针对相干光通信中的激光光源相位噪声测试提出并研究了表征激光器相位噪声的3个关键指标,分别是电场的功率谱密度、相位误差方差和FM噪声谱线,建立了基于延时自零差相干接收技术的窄线宽激光器相位噪声测试系统,实现了系统仿真,并对一窄线宽激光器进行了相位噪声测试,相比传统的自外差线宽测量技术,此方法在满足测试分辨率要求的同时能够更全面表征激光器相位噪声特性。     

全光纤相干多普勒激光雷达非线性最小二乘风速反演方法及实验研究

研制了一套人眼安全的全光纤相干多普勒激光测风雷达系统。系统采用1550 nm全光纤单频保偏激光器作为激光发射光源,激光器单脉冲能量0.2 m J,重复频率10 k Hz,脉冲半高全宽400 ns,线宽小于1 MHz。激光雷达接收望远镜和扫描器口径100 mm,采用速度方位显示(VAD)扫描模式对不同方位的视线风速进行测量,使用平衡探测器接收回波相干信号,通过1 G/s的模拟数字(AD)采集卡对相干探测信号进行采集,在现场可编程门阵列(FPGA)数字信号处理器中进行1024点快速傅里叶变换(FFT)得到不同距离门回波信号功率谱信息。对于获得的各方位视线风速,研究采用非线性最小二乘法对激光雷达测量的风速剖面矢量进行反演。激光雷达与风廓线雷达测量的风速进行了对比,两者测量的水平风速,风向和竖直风速相关系数分别为0.988,0.941和0.966。     

卫星相干光通信多普勒频移开环估计技术

卫星相干光通信在国外已经接近工程应用阶段,主流的传输接收方式为BPSK调制/零差探测,接收端用光锁相环（OPLL）进行载波恢复。但即使在今天,光锁相环的实现依然有难度,而且存在捕获时间过长等现象。文中借鉴了现在的研究热点技术光纤通信中的频偏估计、载波相位恢复技术,针对星间激光通信中存在GHz量级大多普勒频移的工程背景,提出了一种基于DSP的频偏开环补偿算法。从理论上分析了该算法的原理,重点研究了激光器噪声和接收机噪声对频偏估计精度带来的影响,并通过仿真进行了验证。本振光功率为10 dBm时,当接收功率高于-47 dBm,误码率优于10-4;将接收功率提高10 dB后,频偏估计标准差小于370 kHz。     

相干光通信的最新成果简介

1985年10月1日—4日在意大利威尼斯召开的欧洲光通信会议上,报导了相干光通信系统的最新成果。美国贝尔研究所报导的系统速率为1Gb/s,传输距离为148km;日本NTT公司报导了速率为400Mb/s、传输距离为251km的相干光通信系统。这些系统都使用1.5μm的窄带激光器。这种激光器和84年英国电信研究所进行的速率为140Mb/s、传输距离199km的实验时使用的一样,是外腔型激光器。它是把LD的一面制成AR型涂膜,外部设计成可调谐的法布里-珀罗谐振