大容差中波红外激光通信终端光学天线研制

为了降低激光通信光学系统公差要求,节省研制成本,减小大气散射对激光通信链路的影响,采用波长工作在大气窗口的中红外激光器作为激光通信光源,研制了与之匹配的中波红外激光通信终端光学系统。首先,利用激光通信能量链路传输方程,根据中波红外激光器光束参数和接收端探测器灵敏度,计算出光学天线口径、发散角等设计参数,并给出激光通信收发光学系统波像差要求。接着,利用ZEMAX软件进行了中红外激光通信收发光学系统的设计与公差分析,对两系统进行了加工、测试,完成了系统研制。测试结果显示,中红外激光通信发射光学天线光学传递函数与理论值最大偏离9.3%,接收光学系统波像差RMS为0.075λ (λ=4.7 μm),满足设计要求。结果表明:采用中红外激光作为激光通信光源可降低光学天线的加工装调难度。     

激光通信天线一体化的摆镜面形优化

一对多激光通信天线受结构和尺寸的限制,反射镜与安装平面只能单独研磨。虽然可根据面形测试结果对安装平面进行反复研磨,以保证摆镜安装后的面形精度,但该方法难度大、周期长、成功率低。为了减小加工难度,在保证正常研磨精度(5μm)的同时降低安装面平面度造成的安装应力和温度变形等外力影响,保证摆镜安装后的面形精度。研究了摆镜在力学作用下的面形精度变化和面形稳定性,优化设计了隔离结构,有效提高了摆镜的面形稳定性。测试结果表明,在测试波长为λ时,安装应力和温度升(降)载荷作用下摆镜面形精度的峰谷值由0.546λ提升到0.161λ,均方根值由0.099λ提升到0.019λ,完全符合设计要求。     

多波长星间激光通信中光学天线的效率分析

介绍了多波长星间激光通信系统中的光学天线,从电磁波辐射的角度,分析了光学天线的增益与指向角度及波长的关系。论证了星间激光通信需要极精确的指向角度。文中还对天线遮挡与光束束腰的关系进行了推导。     

分集阵列式水下激光通信光学接收天线设计

针对水下无线激光通信系统中对准困难的问题,提出了一种分集阵列式光学接收天线,在光学设计软件Zemax中分别设计出了复合光学接收天线和分集阵列式光学接收天线的光学结构,分析了复合光学接收天线和分集阵列式光学接收天线的视场角、聚光效率以及光源移动范围,并且通过实验和Matlab仿真给出两种光学接收天线的聚光效率随光源径向移动范围和光源入射角的关系,结果表明:当光源尺寸10 mm时,复合光学接收天线的聚光效率是0.06%,接收视场角是6,光源径向移动范围是6 mm;分集阵列式光学接收天线的聚光效率是0.06%,接收视场角是16,光源径向移动范围是22 mm。因此分集阵列式光学接收天线更适用于水下激光通信系统。     

空间激光通信系统离轴天线设计研究

空间激光通信终端通常依靠光学天线提高整个通信系统的发射及接收效率。提出了一种空间激光通信系统的离轴天线系统,以克服传统卡塞格林两镜系统存在接收视场小、发射效率低等缺点。设计了一个通光孔径为150 mm,放大倍率为15,满足0.85、1.064、1.55 m多个通信波段光学天线系统。计算了初始结构参数,利用光学设计软件ZEMAX-EE对该光学天线系统进行了光线追迹和优化设计,并对设计结果进行分析。分析结果表明:在整个工作波段(0.85、1.064、1.55 m)内,点列图半径几何值小于10 rad,实现了高放大倍率、宽波段像散同时校正,在宽波段内均达到衍射极限,满足设计指标要求,能够满足高性能空间激光通信系统的要求。     

靠成熟光学技术使激光通信蓬勃发展

1 前言空间宽带无线视频通信技术已吸引了许多有实力的投资家和军事技术的注意,但其商品化的成功还取决于加工制造的容易程度。要求以光纤链路的服务质量提供无线声音、视频图像、高清晰电视(HDTV)以及互联网上数据通信的想法吸引了许多有实力的投资家的注意,由比尔盖茨和Craig Mcraw共同投资的Teledesic计划是利用激光频率而不是无线电射频携带宽带数据跨越环球近地轨道(LEO)卫星站的研究计划。     

光纤脉冲相干激光测风雷达光学天线特性分析

为了提高光纤脉冲相干激光测风雷达性能,采用数学建模的方法来分析光学天线特性。利用后向传播本振原理,讨论光学天线口径对系统载噪比的影响,以及光瞳截断比对天线效率的影响; 提出光学接收耦合效率的定义,研究不同大气折射率结构常数条件对耦合效率和测程的影响;通过搭建实验平台,测量不同距离门内的载噪比和频谱强度等参数,验证了仿真结果。结果表明,当远场探测距离在7km~10km范围内变化时,天线最优口径为100mm,光瞳截断比最优值为0.8;相较弱湍流情况,强湍流会使同一系统测程下降近30%。此研究为光学天线的优化设计提供了理论依据。     

定点激光通信系统天线捕获技术

对系统的硬件组成和算法原理进行了论证.在距离为12.5km两个点上使用双天线GPS系统提供的位置信息结合坐标转换矩阵,解算通信双方互指的方位角和俯仰角,控制伺服转台完成了视轴天线捕获实验.借助于电子经纬仪系统完成了对捕获不确定区域大小的论证,确定地面定点激光通信系统捕获不确定区域大小为25mard.     

机载激光通信光学窗口气动光学效应分析

机载激光通信中通信光束散角小、系统跟踪精度高,光学窗口的气动光学效应会引起远场光斑形状和位置发生变化,降低通信性能。为此,通过Fluent对共形和平面两种光学窗口整流罩在不同飞行高度、速度、方位角下的外流场进行稳态仿真分析,利用相位屏分析远场自由衍射光斑变化。结果表明,共形窗口在俯仰、高度和速度变化中的流场更加稳定,呈现更为一致的变化趋势,且在远场衍射中表现更好。平面窗口在方位转角变化大与低速的飞行工况下,RMS值低于共形窗口。远场光斑发生偏移和弥散的程度与波面畸变成正相关,但在波面畸变较大的情况下,RMS值不能完全定义其对光学系统的影响。同时,当俯仰角靠近机体表面、降低飞行高度、增加飞行速度均会增强波面畸变。     

无线激光通信技术

无线激光通信（WLC），又称自由空间通信或者大气激光通信。是一种以激光为载体的点对点通信．本文介绍了无线激光通信系统的工作原理，通过计算得出了系统的通信能力和通信质量将主要取决于激光光束的传播情况的结论，讨论了系统通信波长的选取，其发射系统，光学天线以及接收系统的设计关键。以及无线激光通信和当前主流通信方式的比较。展望了无线激光通信系统广阔的发展前景。     

小型无线光通信终端大视场扫描捕获光学天线设计

针对小型、轻量化光通信终端,设计了一种大视场扫描捕获方案,并对该方案中所涉及的光学天线进行了详细研究。这种扫描捕获方案将MEMS反射镜作为伺服控制机构,进行天线指向控制;光学天线采用收发共口径体制,能够将MEMS反射镜的指向范围扩大3倍,且全视场畸变控制在了0.7%以内;最后对这种捕获方案的通信链路功率进行了核算,功率余量4.6 dB,较为充足。本文所提出的方案体小质轻,是无线激光通信领域中较为独特的形式,在无人机、单兵的应急建链、通信中具备良好的应用前景。     

激光通信与成像卡塞格林形式收发光学天线结构初解

在激光通信和成像系统中,卡塞格林形式的光学天线不论作为激光信号收发装置还是光学成像装置,像差的存在必然会降低其信号强度和成像质量等性能。通过分析三级像差理论和光学天线微扰理论,依据天线增益因子与遮挡比之间的关系,提出一种方便快捷求解卡塞格林式光学天线结构的方法。此方法在考虑光学天线效率的同时,也可以满足光学系统设计的体积尺寸、像差的要求,在仅知道光学系统焦距、主次镜间距和遮挡比的情况下,可以快捷求出光学天线结构参数。不但给出了四类卡塞格林式光学天线的光学结构参数计算公式,并且结合实际使用对不同的适用场合进行说明及优缺点对比。通过四种典型光学天线的实例计算结果和最优结果比对,表明此方法是一种方便快捷精准求解卡塞格林式的光学天线结构的方法,在工程上具实际指导意义。     

基于空间光通信卡塞格伦天线弊端的探讨

对于任何通信系统而言，天线能否正确发射和接收有效信号是人们最为关心的问题。对于点对点的激光通信系统而言，由于激光与电波迥然不同的特点，在天线系统的设计上更需严格要求。在空间光通信系统中，光学天线是一个物镜系统，通过折射、反射和折射一反射光学系统实现，目前应用比较广泛的是牛顿系统、格林系统以及卡塞格伦系统。讨论了卡塞格伦天线系统．该系统的结构（双反射式）决定了存在遮挡比造成光能量浪费的潜在问题，也就是所谓的渐晕现象。另一个问题是像差，也就是卡塞格伦天线系统要获得良好的像质必须以牺牲视场为代价。基于这两点提出了减小渐晕的几种新方案，并从减小像差上进行了理论分析。     

光纤激光器及其在通信中的应用

光纤激光器作为第三代激光器的代表，在光纤通信中发挥着非常重要的作用。本文介绍了光纤激光器的工作机理及优势，阐述了光纤激光器技术在光通信中的主要应用及其未来发展方向。     

离轴天线在卫星激光通信系统中的应用

现有卫星激光通信终端通常采用同轴两反天线结构,该结构存在接收视场小、发射效率低等缺点。为消除同轴两反结构存在的固有缺陷,提高卫星激光通信系统的瞄准和捕获效率,研究了利用离轴三反结构提高卫星激光通信系统的性能。首先根据基本像差理论,推导得到离轴三反光学结构的初始结构方程。利用离轴结构具有更多设计参量的优势,对离轴三反结构进行优化设计,给出了设计实例。计算机仿真得到的光学传递函数、点列图、衍射包围圆能量和波前误差等均表明:离轴三反结构与同轴两反结构相比,具有更加优异的性能,能够满足卫星激光通信系统不断提升的性能要求。     

卡塞格伦光学天线光传输特性研究

对卡塞格伦光学天线光传输特性进行了理论分析,重点研究了影响光学天线光传输质量的几个重要因素,并进行了测试结果与仿真验证。为实际研究大气激光通信系统中光学天线的光传输特性提供了理论依据,具有重要的实用价值。     

利用超连续谱激光实现自由空间光通信

超连续谱光源具有丰富的带宽,是信号载体的优秀候选者。设计并搭建了利用超连续谱光源的空间无线光通信系统,讨论了超连续谱产生的条件以及输出光斑直径不同位置下的光谱。采用了电光调制方式对超连续谱光源进行调制,通过比较输入与输出的数字方波信号证明了电光调制进行超连续谱空间光通信的可行性。成功利用该系统演示了对原始图像信号的采集和显示,最后通过对接收端信号的整形放大恢复出了原始信号,实现了图像信号在4 m范围内的传输。实验结果表明:将超连续谱作为光信号载体,在空间大气信道条件下可以实现对图像信号进行无线传输。     

Coherent optical communication with injection-locked high-power semiconductor laser array

Heterodyne FSK communication at 110 Mbit/s is demonstrated with an injection-locked high-power 20-stripe semiconductor laser array. It is shown that a high-power (>300 mW) coherent optical transmitter can be constructed without penalty in bit error rate performance.<>