引用本文:
马拥华,蒋相,杨乾远. 基于单模光纤耦合的无线光通信系统设计[J]. 光通信技术,2021,45(8):29-32.
马拥华,蒋 相,杨乾远
(中国电子科技集团公司 第三十四研究所,广西 桂林 541004)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:为了实现适用于近地的单模无线光设备,设计了一种单模接收无线光通信系统。提出了一种两级跟踪和孔径平滑的设计方法以抑制大气湍流及设备轻微晃动的影响。完成了900 m外场实验,实现了最大单模耦合接收效率为20%,两端接收功率跳动在6 dB以内。实验数据表明两级跟踪加权平均的方法可以抑制大气湍流及轻微晃动。最后,提出了下一步改进方向。
关键词:单模光纤耦合;无线光通信;两级跟踪;大气湍流
中图分类号:TN914 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2021)08-0029-04
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.08.006
0 引言
无线光通信(FSO)具有光束发散角小、传输速度快、载波容量大、机动性强和保密性能好等优点[1-2],已受到广泛研究和关注。提高空间光到光纤的耦合效率是FSO系统的关键研究技术之一。耦合效率[3-4]的影响因素有大气湍流、大气随机角抖动、视轴对准失配和系统像差,将信号接收光路接收到的光束模式与单模光纤模式实现模式匹配才能够获得高耦合效率[5-9]。
2006年,向劲松等人[10]在平面波近似条件下建立了空间光-单模光纤模型,得到了理论最大耦合效率,在此基础上完成了验证试验,实验室条件下测得最大耦合效率为61%。2012年,日本TALENAKA H等人[4]建立了空间光-单模耦合模型,研发出高频快速反射镜,用四象限探测器作为位置跟踪机构,用快速反射镜作为执行机构,进一步提高了空间光-单模耦合效率。2014年,曹桂源等人[12]研究了稳定对空间光到单模耦合的影响。2015年,杨清波等人[11]在系统中引入自适应光学,实验室条件下测得了最大耦合效率为60%。在此基础上,2016年,高建秋等人[8]采用光纤章动加微扰的方式将耦合效率又提高了6.5%。同年,ZHANG D等人[9]使用位置传感器作为位置跟踪机构、二维振镜作为执行机构完成了空间光-单模耦合实验平台的搭建。2018年,王玉坤等人[13]利用Zernike多项式分解波前误差,并在实验中加入光纤阵列进一步提高了空间光-单模耦合效率。同年,柯熙政等人[7]采用模拟退火算法,在实验室条件下实现耦合效率达51.4%。
以上国内外单模耦合的研究基本上是为了星间激光通信所做的实验室内验证性实验,结构复杂且价格昂贵,主要研究方向为如何克服大气湍流和提高对准精度[8-14]。而针对近地大气的低成本、实用化的产品未见报道。目前,只有中国电子科技集团公司第三十四研究所进行了实用化近地单模光纤设备的研制。为了满足相干探测的需求,本文设计一种单模接收无线光通信系统,该系统能实现稳定的光功率接收。
4 结束语
随着现代信息对抗技术的发展,通信系统使用的电磁环境不断恶化,对抗电磁干扰能力提出了更高的要求,建立容量大、安全保密性高的通信网络的需求也越高。本文根据需要设计了一种基于单模光纤耦合接收的无线光通信系统,外场耦合效率最高达20%。介绍了系统的总体设计方案及工作原理,并提出了一种抑制大气湍流及轻微抖动的两级跟踪和孔径平滑算法。实验验证了设计思路的正确性,设备可以抑制一定量的大气湍流和轻微晃动。本文研制的设备将为近地相干通信提供支撑,填补了国内近地单模接收实用设备空白;同时,本设备跟踪系统及光学系统平行度还可以进一步优化,使单模接收光功率跳动更小。因此,下一步将采用精度更高的调试设备进行平行度调试,并继续优化跟踪算法。