1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部，上海 201800
针对旋转双棱镜系统指向误差较大、误差源较多等指向精度较差的问题，提出了一种新的旋转双棱镜指向偏差修正方案。采用非近轴光线追迹方法建立旋转双棱镜指向模型和二维转台指向模型，在全视场区域内均匀选取若干点，比较旋转双棱镜理论出射光束与实际出射光束的偏差，通过Levenberg-Marquardt迭代算法对旋转双棱镜前镜和后镜的转角误差、楔角和折射率进行修正。在整个视场区域内修正后，指向最大偏差由8.37 mrad变为3.75 mrad，平均指向偏差由4.00 mrad变为1.38 mrad，并且当俯仰角较小时，修正效果较好；在俯仰角小于15°的视场区域进行单独修正后，最大指向偏差变为1.51 mrad，平均偏差变为0.84 mrad。所提修正方法提高了旋转双棱镜的指向精度，对旋转双棱镜指向偏差的补偿修正具有一定的参考价值。
光通信 自由空间激光通信 旋转双棱镜 Levenberg-Marquardt算法 最小二乘法 误差校正
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部，上海 201800
随机并行梯度下降（SPGD）算法是一种应用广泛的最优化算法，在光学相控阵的多光束相位调控中具有重要作用。常规的SPGD算法在光学相控阵单元数目较大的应用场景下存在着迭代步数多、收敛速度慢等缺陷。为此提出了一种分级SPGD算法，将多光束进行分级，通过在多级使用SPGD算法对光束的调控来实现快速收敛和稳定维持。介绍了该算法的理论模型和流程，运用数值仿真的方式与传统算法进行了性能比较，结果表明，分级SPGD算法能够在大规模光学相控阵中显著提高收敛速度。搭建了光学相控阵实验系统进行分级SPGD算法的原理和可行性验证，在不同光束数目条件下实现了分级SPGD算法的闭环锁相，验证了算法的优越性，结果显示分级算法在32路光束时可以将迭代次数降低到常规算法的59.6%。
激光光学 光学相控阵 分级随机并行梯度下降算法 相位调控
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Space Laser Communication and Detection Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Department of Aerospace Laser Engineering, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
An optical phase locking method based on direct phase control is proposed. The core of this method is to synchronize the carrier by directly changing the phase of the local beam. The corresponding experimental device and the supporting algorithm were configured to verify the feasibility of this method. Phase locking can be completed without cycle skipping, and the acquisition time is 530 ns. Without an optical preamplifier, a sensitivity of is obtained, and the bit error rate is for 2.5 Gbit/s binary phase-shift keying modulation. The measured standard deviation of the phase error is 5.2805°.
space coherent laser communication direct phase control optical phase-locked loop IQ modulation Chinese Optics Letters
2022, 20(6): 060601
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Space Laser Communication and Detection Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Laboratory of Space Laser Engineering, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
The influences of nutation trail accuracy, simplification of coupling model, spot position jitter, and power variation of incident light on the detection error are analyzed theoretically. Under the condition of satisfying the requirements, the nutation radius is less than 1.13 μm, the accuracy of the nutation trail is less than 0.04 μm, and the detection range is [?5 μm, +5 μm]. The nutation frequency is 160 times spot position jitter frequency and 100 times intensity jitter frequency of incident light. The analysis is of great significance for determining nutation radius and frequency in the tracking system based on fiber nutation.
fiber nutation detection error tracking system Chinese Optics Letters
2020, 18(2): 020604
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光通信与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
在自由空间相干光通信的精跟踪系统中, 利用光纤章动或快反镜章动探测角度误差具有降低损耗、简化系统结构等优势, 但这两种方法都需要引入机械运动部件。为此, 提出了利用声光偏转器实现无机械扫描的信号光角度误差的提取方法, 建立了提取角度误差的理论模型, 分析了可能的误差来源, 搭建了一套验证探测角度误差的系统, 测量精度优于1/10信号光发散角, 不会影响后续的相干解调。
光通信 相干 精跟踪 章动 角度误差 声光偏转器 中国激光
2018, 45(10): 1006001
1 上海大学特种光纤与光接入网省部共建重点实验室, 上海 200444
2 中国科学院上海光学精密机械研究所中国科学院空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
3 中国电子科技集团第五十一研究所, 上海 201802
提出了一种基于微光学阵列差分真时延网络的光学多波束合成系统, 研究了该系统中结构参数与波束形成性能的关系。通过改进基于微光学阵列差分真时延网络的参数, 优化了差分真时延网络的初相位以及幅相一致性; 通过改进天线单元的参数结构, 优化了各个天线单元的方向图, 解决了合成波束时容易出现栅瓣及波束较宽的问题。所提系统可抑制栅瓣, 得到的旁瓣消光比大于10 dB, 频率为3.8 GHz时的3 dB带宽为35°, 频率为4.9 GHz 时3 dB带宽为29°, 指向误差小于1.5°, 频率覆盖范围为2~6 GHz。该系统在光学相控阵雷达中具有广阔的应用前景。
光通信 光学多波束合成系统 差分真时延网络 微光学结构
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 上海科技大学物质科学与技术学院, 上海 200120
基于模场匹配原理，分析了耦合效率与抖动幅度、艾里斑半径和单模光纤模场半径比值的关系。为了减小随机角抖动对耦合效率的影响，提出了基于激光章动的空间光到单模光纤的自动耦合方案，利用数据采集卡算出脱靶量并输出补偿电压。分析了算法精度的影响因素、激光章动信号频率与抖动频率的关系，用Matlab仿真及实验验证了算法的可行性。实验得到脱靶量角度精度约为3 μrad，结合空间激光通信系统验证了系统的可行性。没有扰动时系统的耦合效率为67%；引入扰动并用控制系统进行扰动补偿后，系统的耦合效率提高了6.5%，响应速度为40 Hz。耦合系统结构简单，控制算法精度高，控制器信号处理速度快，对空间光到单模光纤的耦合具有重要意义。
光通信 光纤耦合 指向误差 激光章动 数据采集卡
中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光通信与探测技术重点实验室, 上海 201800
星地激光通信的关键问题是克服大气湍流效应对激光载波信号传输的影响。信号光束经过长距离大气信道传输后，相位不完整，波面受到畸变，导致接收端系统在解调信号过程中，通信误码率降低。根据国内外星地激光通信的研究进展和实验情况，介绍了几种克服大气湍流效应对高速率星地相干通信影响的方法及其原理。重点分析基于差分相移键控(DPSK)调制和干涉原理的相干探测技术在解调相位信息时克服大气湍流效应方面的优势，并对其进行了总结和展望。
光通信 大气湍流效应 马赫-曾德尔干涉仪 差分相移键控 外差探测 激光与光电子学进展
2014, 51(12): 120002
中国科学院上海光学精密机械研究所中国科学院空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
提出了一种合成孔径激光成像雷达（SAIL）的二维匹配滤波成像算法，对利用单频本振激光与线性调频信号光外差接收得到的SAIL目标回波信号同时在距离向、方位向进行相位二次项匹配滤波以实现目标成像。给出了单频本振信号外差接收情况下的单一分辨单元的二维数据收集方程，并对SAIL二维匹配滤波成像算法进行了数学描述，具体分析了矩形和圆形天线孔径下的成像分辨率，给出了此算法对模拟SAIL回波信号的成像处理结果。
遥感 合成孔径激光成像雷达 成像算法 匹配滤波 矩形孔径 圆形孔径 光学学报
2014, 34(12): 1228003
中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
提出了一种合成孔径激光成像雷达（SAIL）光学成像处理器的原理方案，基于侧视/直视SAIL单点目标回波收集方程，对此光学处理器的数据加载时空坐标转换、成像分辨率、成像处理能力等方面进行了理论分析，并进行了实验验证，给出了SAIL大口径验证样机获得的目标回波数据的成像结果。此SAIL光学处理器结构简单、紧凑、功耗低，且具有实时、实地处理SAIL回波信号的能力，在未来机载、星载SAIL系统中有广泛的应用前景。
遥感 合成孔径激光成像雷达 成像系统 像重建技术 光学处理
