| 题名 | 自适应光学在自由空间光通信中的应用 |
| 作者 | 杨昌旗 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-06-03 |
| 授予单位 | 中国科学院光电技术研究所 |
| 授予地点 | 光电技术研究所 |
| 导师 | 姜文汉 |
| 关键词 | 自由空间光通信 自适应光学 相位起伏 幅度起伏 闪烁 误码率 |
| 其他题名 | Adaptive Optics in Free-space Optical Communication |
| 学位专业 | 光学工程 |
| 中文摘要 | 由于有些场合无法架设光缆进行通信，特别是出于保密等等原因，自由空间光通信成为了下一代光通信系统的研究热点。自由空间光通信系统主要是以真空或者湍流大气为传输介质，本文专注于研究传输介质为湍流大气的情况。自由空间光通信的波长通常要远远小于大气折射率不均匀单元的尺度，这导致了自由空间光通信容易受到湍流大气的影响。光波在大气中传输时，相位起伏是如此之大，使得外差探测系统几乎不能够在大气传输的环境下正常的工作，以至于现有的光通信系统基本上都是基于直接检测的。大气对光波的影响有以下5 个方面：1，光束扩散；2，光束漂移；3，光束到达角的起伏；4，空间相干性的损失；5，闪烁。闪烁是这五个效应中对直接检测的光通信系统影响最大的。本文的研究内容紧紧围绕闪烁，通过在自由空间光通信系统中引入自适应光学相位校正来减小闪烁，进而达到减小自由空间光通信系统的误码率的目的，从而提高了自由空间光通信系统的性能。 在自由空间光通信和自适应光学中都必须要考虑湍流大气对光波的作用。光波在湍流大气中传输，Rytov 近似下的结果只能适用于弱起伏的条件。论文作者将闪烁调制理论应用到对相位起伏的研究中来，得到了上行、下行和水平三种链路的相位起伏的表达式。作者所得到的结果与Rytov 近似下的结果之间最大的不同之处就是考虑了闪烁的聚焦和饱和。 到目前为止，已经实现工程化的自适应光学都是直接校正相位的。对于在自由空间光通信中，自适应光学应该如何放置的问题，学术界存在不同的观点。主流的观点认为，可以将自适应光学放置在自由空间光通信系统的发射端或者接收端来减小闪烁，进而改善自由空间光通信系统的性能。本文作者对此持不同意见。论文通过研究几何光学近似下的相位起伏和幅度起伏，指出了光波在湍流大气中传输时幅度起伏产生的原因。作者认为，应该将自适应光学放置在自由空间光通信系统的发射端才能达到减小闪烁的目的。将自适应光学放置在自由空间光通信系统的接收端，只能校正相位起伏，而不能影响幅度起伏。 误码率是衡量自由空间光通信系统的性能的重要参量。大气闪烁其本质上存在如下特征：信号电平会出现正交叉和负交叉；每次正交叉和负交叉后，信号电平都会保持一段时间。大气闪烁的这些特征决定了它可以被用来研究误码率。作者基于闪烁统计学的三个基本参数，提出了一种计算误码率的新方法，并在其中考虑了自适应光学倾斜校正，得到了点接收器的结果。 在将闪烁调制理论应用到研究相位起伏的过程中，作者从能量守恒的角度，得到了Andrews 调制近似的显式表达式，明确指出了Andrews 调制近似在各种情况下的物理含义。通过把这些显示表达式做谱展开，并独立于Andrews 等人的工作，作者得到了大尺度和小尺度起伏的对数辐射方差和协方差。 点接收器的结果只能适用于某些特殊的通信链路，然而大多数情况下的自由空间光通信都必须考虑接收端孔径平均效应的影响。建立在点接收器的结果之上，同时将大尺度和小尺度对数辐射方差和协方差考虑进去，作者得到了考虑了孔径平均效应的误码率。 在研究自适应光学校正的自由空间光通信时，Tyson 的方法是间接测量误码率(也就是直接测量闪烁，再由闪烁和误码率的数学关系间接的得到误码率)。与之不同，本文作者研制了直接测量误码率的电路，为以后从事这个课题的研究人员打下了基础。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-11-19 |
| 页码 | 94 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.ioe.ac.cn/handle/181551/216]  |
| 专题 | 光电技术研究所_光电技术研究所博硕士论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 杨昌旗. 自适应光学在自由空间光通信中的应用[D]. 光电技术研究所. 中国科学院光电技术研究所. 2007. |
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