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Early Posting
摘要
为了研究大气激光通信中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。通过研究发现,表征湍流强度的孔径半径-大气相干长度比 和耦合几何参数 这两个无量纲参数会对耦合效率的统计分布产生影响。本文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,有助于使用光纤耦合的大气激光通信系统的工程实现。
激光与光电子学进展
2021, 58(19): 2
无线光通信
摘要
为了提高动态大气湍流模拟相位屏时间上的模拟精度, 提出了利用时间协方差测量时间相关性的方法, 在基于液晶空间光调制器(LC-SLM)的大气湍流相位屏模拟方法、时间特性等方面开展了研究。采用功率谱反演法生成湍流模拟相位屏, 给出了时间变量及时间功率谱的计算方法, 搭建了基于LC-SLM的大气湍流相位屏模拟实验系统, 并对上述方法进行了实验验证。实验结果表明: 激光畸变损失情况下, 时间协方差的计算误差可控制在8.0%左右, 且该模拟方法下相位屏的时间模拟精度较好。
光通信技术
2020, 44(10): 28
强激光物理与技术
倪小龙  朱旭芳  于信  姚海峰  [ ... ]陈纯毅  刘智  
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摘要
为了降低部分相干光光学系统设计的复杂度及成本,增加部分相干光应用的便捷性,提出了一种液晶空间光调制器的激光相干度及束散角复合控制方法。首先介绍了对激光光束进行相干度和束散角复合控制的基本理论和方法;然后分别设置了相干度和束散角检测实验,检测了本方法所调制激光光束的相干度和束散角的准确性。实验结果表明,采用液晶空间光调制器生成相干度为0.9 mm、束散角为7.5 mrad,以及相干度为1.5 mm、束散角为3.8 mrad的部分相干光束,其相干度与理论值相比误差在5%以内,其相干度均方根误差分别为0.027386和0.031314,峰谷值分别为0.084 658和0.089 103;其束散角与理论值相比误差在5%以内,其束散角均方根误差分别为0.022 478和0.023 186,峰谷值分别为0.081 201和0.092 130。可见,该方法可以实现高精度的相干度及束散角复合控制。
强激光与粒子束
2020, 32(7): 071008
原创文章
刘 艺  赵义武  倪小龙  娄 岩  [ ... ]姜会林  刘 智  
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摘要
在大气信道激光传输中, 大气湍流对系统性能会产生较大影响, 主要体现为降低传输速率和增加误码率。在具有信道互易性的双向激光传输链路中, 两终端光斑信号强度的变化相关, 可以在终端提取信道状态信息, 以对信道影响进行补偿, 从而提高传输速率。本文首先在弱湍流条件下, 根据Rytov近似理论推导了平面波双向传输链路接收到的光斑信号的相关系数与传输路径的关系, 并给出解析式。结果表明, 两终端接收的光斑信号的光通量具有相关性, 且相关系数与传输路径有关。进一步搭建了双向收发共轴激光传输系统, 并进行了外场试验, 试验结果不仅验证了双向大气信道激光传输链路具有互易性, 且两接收端光斑信号光强的实时变化趋势相同。本文结论对实现大气信道高速率、低误码率激光传输具有重要意义。
中国光学
2020, 13(1): 140
刘中辉  陈纯毅  姚海峰  潘 石  [ ... ]向 磊  娄 岩  倪小龙  
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摘要
为生成真随机数序列, 提出了先将大气湍流传输中激光散斑图像作为随机数发生器的熵源, 再采用变帧频采样方法进行提取随机数的算法。首先, 为降低相邻激光散斑图像间高相关性对随机性的影响, 提出了变帧频采样方法。其次, 对实验数据进行处理, 根据大气湍流造成激光光斑质心的随机抖动特征, 对散斑图像划分灰度等级, 编码和后处理等操作, 从而提取随机数。最后, 利用NIST测试工具对提取的随机序列进行实验分析, 结果表明: 该序列不仅达到真随机数的标准, 而且序列的数量和随机性均高于等帧频采样方法生成的随机序列。此外, 对激光散斑视频归一化方差与最优采样区间之间的关系进行分析, 为进一步的研究提供重要依据。
红外与激光工程
2019, 48(12): 1205005
大气光学与海洋光学
姚海峰  倪小龙  陈纯毅  佟首峰  [ ... ]姜会林  刘智  
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摘要

为了研究矩形脉冲激光在大气中的传输特性,建立了脉冲信号在大气中传输的数学模型,并提出了一种信道补偿算法。在相距6.2 km的两栋高楼之间开展了100 MHz的矩形脉冲传输实验,并在FPGA编译软件上对信道补偿算法进行了验证。结果表明:脉冲信号经过大气信道后发生了畸变,大气信道在频域上表现为一个低通系统,抑制了大于430 MHz的高频信号。运用信道补偿算法后,脉冲畸变得到有效抑制,系统带宽得到拓宽,信号的信噪比提高了5倍左右;当光信噪比为10 dB时,误码率降低为10 -6。

光学学报
2018, 38(1): 0101003
倪小龙  刘智  姜会林  陈纯毅  [ ... ]刘艺  齐冀  宋卢军  
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摘要
介绍了采用液晶空间光调制器产生部分相干光的基本理论和方法;用分离变量的方式对算法进行了并行优化,对部分相干光生成线程进行了并行序列优化并测试了生成速度;设计了双孔干涉实验检测本方法所产生的部分相干光相干长度的准确性.实验结果表明:针对256×256像素的液晶空间光调制器,生成相干长度为0.15 mm、0.9 mm以及1.5 mm的相位屏,图形处理器所用时间分别为0.9 ms、1.75 ms以及2.4 ms,相比于采用中央处理器所用的计算时间16.5 ms、37.8 ms以及52.4 ms,效率提升明显;考虑中央处理器读取、发送数据及液晶响应的时间,采用图形处理器并行加速的部分相干光实时生成方法的频率可达312Hz.实验生成相干长度为0.15 mm和1.5 mm的部分相干光束,光束相干度均方根误差分别为0.022 011和0.020 883,峰谷值分别为0.0743 25和0.072 998.
光子学报
2016, 45(3): 310001
大气光学与海洋光学
倪小龙  宋卢军  姜会林  付强  [ ... ]刘艺  张肃  刘智  
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摘要
热风对流式大气湍流模拟装置作为一种主要的大气湍流模拟手段有着广泛的应用,其所模拟的大气湍流与真实大气湍流相比在频谱特性与概率密度特性上的一致性一直鲜有人研究.采用同样的发射与测试设备分别在1、6 km真实大气链路与室内模拟装置内进行了长期的测量,并对其频谱特性和概率密度分布特性做了详细的分析.实验结果表明,对流式大气湍流模拟装置所模拟大气对于光强闪烁效应的模拟在频谱特性和概率密度分布特性上均与真实的大气相符.对于到达角起伏效应的模拟,在y 轴方向上,频谱特性与概率密度特性均与真实大气相符;但在x 轴方向上,由于模拟装置缺少横向侧风产生装置,频谱特性与概率密度特性均与真实大气有区别,概率密度分布无明显规律.
激光与光电子学进展
2015, 52(9): 90103
大气光学与海洋光学
倪小龙  宋卢军  姜会林  付强  [ ... ]刘艺  张肃  刘智  
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摘要
为评价对流式湍流模拟装置的性能,验证所模拟湍流的稳定性,提高湍流模拟器装置的可信度,从区域稳定性、频谱稳定性以及不同波长条件下大气相干长度的变化情况3 个方面进行了详细的检测与分析。在不同位置选取21 个点进行独立测量,对模拟装置的光强闪烁与角起伏区域稳定性进行了检测与评价。采用532、808、1064、1550 nm4 种波长激光器与检测装置,以大气相干长度作为检测指标对模拟装置所模拟湍流的大气相干长度随波长的变化情况进行了检测。最后,对测量数据的强度起伏与角起伏进行了频谱分析以评价模拟装置的频谱稳定性。实验结果表明:对流式湍流模拟装置在16 cm×16 cm 区域内的波动量小于15%,不同波长条件下相干长度满足Kolmogrov 理论,频谱波动量小于20%,对大气湍流进行了高精度、高可靠性、高稳定性的模拟。该研究内容为对流式湍流模拟装置的使用提供了有效的依据。
激光与光电子学进展
2015, 52(10): 100102
高功率激光与光学
倪小龙  刘智  孔悦  刘丹  
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摘要
为了使液晶大气湍流模拟器具有实时大气模拟能力,在GPU通用计算架构下提出了基于GPU的液晶大气湍流模拟器实时波面生成计算方法。针对液晶湍流模拟器高分辨率、高精度的特点介绍了湍流波面生成计算方法,论述了CUDA通用计算架构。建立基于GPU的波面生成模型,并对该模型进行了并行化优化和共享存储器优化。给出了采用CPU与GPU进行波面生成的实验对比结果。结果表明:采用GPU生成分辨率为256×256, 192项Zernike多项式进行波面生成的平均时间为2.5 ms,生成速度比CPU少两个量级,满足实时波面生成的要求。
强激光与粒子束
2014, 26(3): 31011
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