电子科技大学物理电子学院, 四川 成都 610054
为实现空间激光束的远距离传输,利用矢量折射定理研究了大功率半导体激光器发散光束经非球面、非轴对称准直系统的光传输特性。对空间光线传输得出了矩阵传递公式,并针对大功率线源半导体激光器的发散光束进行了高精度的准直优化设计。为实现对激光束的进一步准直,利用光学设计软件CODE-V设计了卡塞格伦光学天线。利用两点法对发散角进行了实验测试,结果表明优化设计的准直系统发散角为1.924 mrad,经光学天线进一步准直后的发散角为96.2 μrad。本空间光线追迹方法对复杂光学系统的精确计算具有一定参考意义,所设计的大功率线源激光束准直系统能广泛应用于远距离激光通信系统中。
激光器 准直系统 光学天线 大功率半导体激光器 高精度 优化设计
借助量子密码术和卫星可以实现全球性的保密通信网络。但使用现有的单光子探测模块搭建星地量子密钥分配(QKD)系统,接收端就面临着空间光多模光纤耦合的技术挑战。空间光多模光纤耦合条件对星地量子密钥分配系统的跟瞄精度提出了严格要求。理论分析和定量计算表明,跟瞄精度ε与光束发散角θdiv的比值ε/θdiv≤0.5时,星地量子密钥分配系统的光子探测概率较高,系统可以正常工作;ε/θdiv≤0.1时,系统处于量子密钥产生速率为几kb/s的更理想状况。采用短波长更有利于满足空间光多模光纤耦合条件,同时有利于系统获得更高的密钥产生速率。
无线光通信技术 光子探测概率 星地量子密钥分配 空间光多模光纤耦合
自由空间量子密钥分布系统是全球性量子保密通信的关键组成部分之一。因此研究湍流大气信道对量子密钥分布系统性能的影响就非常重要。使用光束近场传播和统计分析的方法定量分析了湍流大气信道对基于BB84协议的自由空间量子密钥分布系统的误码率的影响。数值计算结果表明, 大气衰减系数超过-3 dB/km时, 大气衰减对量子密钥分布系统的误码率影响很大; 在大气传输因子小于0.5的区域, 系统误码率比无湍流影响时的系统误码率高出一个数量级。
光通信 无线通信 误码率 光束近场传播 量子密钥分布
电子科技大学 物理电子学院，四川 成都 610054
将光CDMA技术应用到无线光通信中。提出了基于脉冲位置调制的二维大气无线光CDMA通信系统，并分析了该通信系统的性能。考虑多用户干扰、APD噪声以及热噪声等干扰因素的影响，采用数值分析的方法，详细分析了大气湍流引起的大气闪烁对二维无线光CDMA通信系统误码率的影响。结果表明，大气闪烁是影响二维无线光CDMA系统误码率性能的一个重要因素；当大气闪烁的对数方差较小(如σ(2，s)=0．1)时，该系统可以实现高速率通信；当大气闪烁的对数方差较大(σ(2，s)≥0．2)时，在有限的光功率条件下，该系统难以实现通信，需要采用信道编码技术来提高系统的误码率性能。
无线光通信 光码分多址 大气闪烁 脉冲脉位调制 wireless optical communication optical CDMA atmospheric scintillation pulse position modulation
1 电子科技大学 物理电子学院，成都 610054
2 西安通信学院，西安 710106
应用光波导理论和矩阵理论建立了分析空芯布喇格光纤的光传输理论模型，对具有不等周期的布喇格光纤结构，以最小输出功率流为优化目标进行仿真，设计出具有8个外包层的布喇格光纤，并分析了其损耗特性。该结构具有外包层数小、结构简单、损耗低的特点，有利于空芯布喇格光纤的制造和应用。
光纤光学 布喇格光纤 传输矩阵 径向输出流 损耗 fiber optics Bragg fiber transfer matrix radial out-flowing flux loss
卫星振动是影响星间光CDMA通信系统性能的一个重要因素．考虑多用户干扰、背景光噪音、热噪音、接收机噪音和卫星振动，给出了基于PPM信号格式的星间二维光CDMA通信系统的系统模型．采用数值分析的方法，详细分析了卫星振动对该系统误码率性能的影响．结果表明，码速率、通信波长和卫星振动都会影响星间二维光CDMA通信系统的误码率性能．当卫星振动标准偏差σ≤4×10－7时，卫星振动对系统误码率性能的影响较小；当卫星振动标准偏差σ≥1．2×10－6，卫星振动对系统误码率性能的影响很大，得到的误码率难以满足系统的通信要求，需要采用卫星振动抑制或补偿等技术提高星间二维光CDMA通信系统的误码率性能．
星间光通信 光码分多址 卫星振动 二维光正交码 Inter-satellite optical communication Optical code division multiple access Satellite vibration Two-dimensional optical orthogonal codes
电子科技大学,物理电子学院,四川,成都,610054
概述了阵列波导光栅的特点及其在谱域幅度编码的光码分多址通信系统中的应用.基于地址码M序列,采用数值计算的方法,分析了阵列波导光栅的串扰对谱域幅度编码的光码分多址通信系统误码率性能的影响.结果表明,当阵列波导光栅的串扰较小时(Rc=-27dB),谱域幅度编码的光码分多址通信系统具有较好的性能;而当其串扰较大时(Rc=-20dB),谱域幅度编码的光码分多址系统的性能明显恶化,成为影响谱域幅度编码光码分多址通信系统性能的一个重要因素.
光通信 光码分多址 谱域幅度编码 阵列波导光栅 串扰
通过模拟湍流波前的振幅起伏及相位起伏,研究了采用CCD探测器的湍流波前倾斜校正系统的空间光到单模光纤耦合功率的衰落特性,对CCD图像的跟踪算法进行了研究.仿真结果表明,在接收孔径直径与Fried 参数的比值较大时,采用质心跟踪算法的倾斜校正系统的性能很差,耦合光功率会产生严重衰落.提出了一种高斯模板匹配的倾斜校正跟踪算法,在湍流较强时,可以有效地降低耦合光功率的衰落深度,并且可以避免采用质心算法可能出现的大孔径接收性能低于小孔径的不利情况.
无线光通信 大气湍流 光耦合 信号衰落 CCD探测器 跟踪算法
根据弱湍理论,考虑湍流强度闪烁、孔径平均效应、湍流波前畸变及耦合系统跟踪误差的影响,导出了空间光到单模光纤的平均耦合效率及耦合功率起伏方差模型.根据Hufnagel-Valley 5/7折射率结构模型,对下行连接及上行连接的平均耦合效率及耦合功率起伏进行了研究.仿真结果表明,对于下行连接,随着地面接收天线孔径的增大,相对功率起伏先是由于孔径平均效应而减小,而后由于湍流波前畸变的影响而逐渐增大;对于上行连接,可忽略湍流波前畸变及孔径平均效应的影响.
空间光通信 大气湍流 跟踪误差 光耦合
星地激光通信中,发射机对准误差及大气湍流会引起接收信号衰落,对带前置光放大的阵列接收机,分析了分布式接收阵列的抗衰落性能。研究表明,分布式接收阵列对发射机对准误差引起的衰落具有一定抑制作用,阵列中各子接收孔径之间的距离可根据发射机对准误差及湍流的强弱进行优化设计。与传统式阵列相比,分布式阵列可以采用更窄的发射光束宽度,降低对发射功率的要求。分布式阵列的另一个重要特性还在于：当实际发射机对准误差标准差大于设计值时,通过调整阵列各子接收孔径之间的距离,可以在很大程度上降低发射机对准误差引起的功率损失。
光通信技术 星地激光通信 前置光放大 分布式阵列接收 对准误差 大气湍流
