衛(wèi)星光通信中基于二元光學(xué)元件的信標光發(fā)射技術(shù)研究.pdf

1、國內(nèi)圖書分類號：TN929.13學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號：621.391.6密級：公開工學(xué)碩士學(xué)位論文工學(xué)碩士學(xué)位論文衛(wèi)星光通信中基于二元光學(xué)元件的信標光發(fā)射技術(shù)研究碩士研究生：郭宸孜導(dǎo)師：韓琦琦副教授申請學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科：物理電子學(xué)所在單位：光電子信息科學(xué)與技術(shù)答辯日期：2013年07月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文I摘要衛(wèi)星光通信，是一種利用激光作為信息載體，以自由空間作為信道，通過對激光信號

2、的發(fā)射和接收來實現(xiàn)通信目的的通信形式。衛(wèi)星光通信相對于微波通信等其它通信方式所具備的顯著優(yōu)勢，如高速的數(shù)據(jù)傳輸率、優(yōu)良的保密性能，廣泛的應(yīng)用環(huán)境，使之成為高速有效的衛(wèi)星通信手段，近年來更加成為各國積極投入研究的領(lǐng)域。作為衛(wèi)星光通信系統(tǒng)中的首選光源，半導(dǎo)體激光器因其小巧簡單的體積結(jié)構(gòu)，較窄的線寬和電光轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點而倍受青睞。然而，半導(dǎo)體激光器出射的光束質(zhì)量并不理想，其光束發(fā)散角較大，且水平和垂直方向的束腰不在同一位置（即存在固有像散），

3、不能直接應(yīng)用于衛(wèi)星光通信中。因此在發(fā)射端，我們有必要對輸出光束進行準直圓化校正。鑒于當前先進的衛(wèi)星光通信系統(tǒng)中，一般采用帶尾纖輸出的半導(dǎo)體激光器（如瑞士的OPTEL系列終端），因此對半導(dǎo)體激光器輸出光束的優(yōu)化則集中體現(xiàn)在準直（即壓窄束散角）的過程上。本文主要針對衛(wèi)星光通信系統(tǒng)中常用的信標光光源——810nm尾纖型半導(dǎo)體激光器，設(shè)計可準直其發(fā)散角到目標參數(shù)的二元光學(xué)元件（BOE）。我們首先根據(jù)設(shè)計要求，建立了準直前后的光場模型，從而基于標

4、量衍射理論和GS算法恢復(fù)出準直二元光學(xué)元件（準直BOE）的相位，在此基礎(chǔ)上仿真研究了輸入光束的離焦、量化階數(shù)、刻蝕誤差等因素對準直效果和衍射效率的影響，隨后基于光線追跡理論對標量設(shè)計結(jié)果進行擬合驗證，并考慮加工誤差對準直效果的影響，具體工作如下：1)根據(jù)設(shè)計要求建立BOE的輸入和輸出分布模型，在標量衍射理論的基礎(chǔ)上，選擇GS算法建立BOE面上的輸入輸出變換，進行準直BOE的相位求解。2)評價準直BOE的設(shè)計效果，并仿真分析輸入光束的橫向

5、偏移、角偏移以及離焦情形下，準直輸出光場特性的變化。3)基于光線追跡模型，對標量設(shè)計結(jié)果進行仿真驗證，并進行工藝參數(shù)分析。4)仿真研究BOE的量化階數(shù)和加工誤差等非理想因素對準直BOE的相位和輸出光場特性的影響。光束準直系統(tǒng)是衛(wèi)星光通信發(fā)射端的關(guān)鍵構(gòu)架，其設(shè)計優(yōu)劣將直接影響到衛(wèi)星光通信系統(tǒng)的性能，因而顯得尤為重要。本文的研究工作為準直系統(tǒng)的小型化，消像差提供了重要理論與實驗依據(jù)，為衛(wèi)星光通信系統(tǒng)性能優(yōu)化打下基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：二元光學(xué)元件；衛(wèi)