引用本文:

赵中华,辛海燕:不同相干光通信外差效率的数值计算与分析[J]. 光通信技术,2018,42(4):59-62.

不同相干光通信外差效率的数值计算与分析

赵中华1,辛海燕2*

(1.桂林电子科技大学 信息与通信学院,广西 桂林 541004; 2.桂林航天工业学院 电子信息与自动化学院,广西 桂林 541004)

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摘要:外差效率是衡量相干光通信性能的重要指标之一,而本振光和信号光的振幅匹配问题将直接决定相干光通信系统的性能好坏。利用数值计算的方法,分别以平行光束(P)、高斯光(G)和艾里光(A)作为信号光,推导计算了信号光与本振光的相干外差效率,并分析了在不同情况下,外差效率与其主要影响因素之间的变化关系曲线。该研究结果为信号光和本振光的类型选择提供了理论依据,同时,也为相干光通信系统中的聚焦系统和探测器提供了参数优化方案。

关键词:相干光通信;外差效率;平行光束;高斯光;艾里光

中图分类号:TN915.62 文献标志码:文章编号:1002-5561(2018)04-0059-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2018.04.016

0 引言
       激光相干通信技术是指采用不同的调制方式(改变光载波的频率、相位、偏振和振幅等)和相干探测方式(使本振光与信号光进行混频,得到与信号光的频率、相位、偏振和振幅按相同规律变化的中频信号)完成光通信任务。这种通信技术通过改变相干探测方式进而有效提高接收机的灵敏度[1,2]。德国Terra-SAR-X搭载了1.064nm的星间和星地激光相干通信终端TSX-LCT,误码率可以达到10-9,在相距6000km时的通信速度能达到8Gb/s,相距20000km时的通信速度为1Gb/s,相距72000km时的通信速度为500Mb/s。由此可见,采用激光相干通信技术完全可以实现中远程距离的星间通信任务。但是,若想通过该技术实现高灵敏度的通信系统,还需要特别注意本振光与信号光的相干性匹配程度,一般包含偏振、相位以及振幅的匹配[3]。针对这一问题,国内研究学者大多将目光集中在目标振动、跟踪精度和接收天线像差等因素对外差效率的影响[4]。然而,本振光和信号光的振幅匹配和偏振匹配才是影响系统灵敏度的重要因素。对于偏振匹配,利用偏振器件(如波片、波片组合或空间光调制器等)就能实现很好的匹配。因此,本振光和信号光的振幅匹配问题,将直接关系到整个相干光通信系统的性能好坏。本文以平行光束(P)、高斯光(G)和艾里光(A)作为本振光,建立外差效率数值分析模型,考察了当信号光和本振光的振幅分布在6种不同组合形式下时,对应的外差效率大小和影响外差效率的主要因素,并进行了数据仿真分析。

4 结束语
       本文以平行光束(P)、高斯光(G)和艾里光(A)作为信号光的振幅分布,对本振光和信号光在不同振幅分布组合形式下的外差效率进行了理论分析,对于6种不同组合形式,我们对本振光和信号光的外差效率建立了理论分析模型,并进行了数值仿真分析。结果显示:当信号光和本振光振幅分布为A-P型时,只要选取合适的聚焦系统F#和探测器光敏面半径大小r0,外差效率就能达到最大值0.72;当信号光和本振光振幅分布为A-G型时,在保证本振光束腰宽度和探测器光敏面半径满足1.4ωl<r0的情况下,只要选取合适的r0值和F#,外差效率就可以获得最大值0.81;当信号光和本振光振幅分布为P-P型、P-G型、A-A型和G-G型时,只要对相应的参数选取合适的值,外差效率理论上都可以达到100%。本文的理论分析结果为星间相干光通信系统中本振光和信号光振幅分布类型、光束自身参数、探测器光敏面半径大小以及聚焦系统参数的选择提供了可靠的理论依据。