引用本文:

陈果,吴浩瀚,赵明. 基于光电探测器的激光章动定位算法[J]. 光通信技术,2020,44(12):42-46.

基于光电探测器的激光章动定位算法

陈 果1,吴浩瀚1,赵 明2

(1.国网广安供电公司,四川 广安638000; 2.四川大学 电子信息学院,成都 610065)

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摘要:在激光通信系统中,激光光斑的检测精度对于通信系统具有重要意义。为了提高光斑定位精度,提出采用基于光电探测器的激光章动定位算法,分析了空间光到单模光纤耦合基本原理,研究了横向偏移对耦合效率的影响,推导了章动定位算法的表达式,利用Matlab仿真分析了章动算法的定位精度和影响章动扫描的参数。仿真结果表明:章动定位算法得到的光斑定位精度为0.04μm,满足通信系统对于光斑检测的要求。

关键词:光电探测器;激光章动;光通信;光斑检测

中图分类号:TN929.12 文献标志码:文章编号:1002-5561(2020)12-0042-05

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.12.010

0 引言
       近年来,激光通信已经广泛应用在航天、激光雷达等通信领域中。对于通信系统来说,决定通信性能的主要因素为通信过程中激光光斑的检测精度。在激光通信系统中,为了完成空间光的接收,常选用单模光纤进行耦合。但是,在实际通信时,由于受到大气湍流、大气衰减或接收平台抖动等因素的影响,造成通信接收端在空间光到单模光纤耦合时出现模场不匹配的情况,使接收光斑出现偏移的现象,从而影响通信系统的性能。
  2009年,王强等人[1]采用基于时间序列的预报补偿算法,对随机振动的耦合效率最大可提高到63.73%;2014年,韩琦琦等人[2]以电荷耦合器件(CCD)相机作为接收端,闭环控制偏转振镜,最大耦合效率改善率达到54.73%;2019年,朱世伟等人[5]分析了倾斜像差对耦合效率的影响,并对其影响参数进行了仿真分析[3]。以上3种方法虽然都实现了光纤耦合效率的闭环补偿,但是补偿系统比较复杂,不利于激光系统小型化设计,且在补偿时未考虑光斑的定位精度问题。为此,本文基于模场匹配的基本原理,采用激光章动扫描技术,推导激光章动算法计算光斑脱靶量的流程,并仿真分析各影响参数对光斑定位精度和耦合效率的影响。

4 结束语
        激光通信系统由于大气湍流、平台振动等影响,使光斑出现偏移,降低了光斑检测精度。为了提高跟踪精度,根据单模光纤耦合原理,采用以光电探测器为接收系统的激光章动定位算法。本文仿真分析了章动定位算法计算光斑的定位精度,提高了单模光纤的耦合效率。但同时也存在一些问题,比如该算法可以对静态光斑横向偏移、一定频率内的动态干扰进行光斑检测;一旦扫描半径超出范围后,会使耦合效率波动幅度过大,其抑制效果并不好;在周期扫描内采样点数的增加会使系统的响应速度下降。在实际应用时,需要综合考量光斑脱靶量计算精度要求、单模光纤的耦合效率和系统的响应速度等。