專利名稱：一種大氣信道中抑制湍流影響的光源設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于空間激光通信領(lǐng)域，特別涉及一種在大氣信道中通過調(diào)節(jié)徑向光束陣列的圓環(huán)半徑來(lái)抑制湍流影響的光源設(shè)計(jì)方法，以及實(shí)現(xiàn)所述光束陣列的實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
從上世紀(jì)六十年代激光問世以來(lái)，激光在單色性，方向性，相干性以及亮度方面的優(yōu)點(diǎn)決定了空間激光通信與Radio Frequency(RE)通信相比優(yōu)勢(shì)明顯，如傳輸碼率高，抗干擾能力強(qiáng)，安全性高，頻率不受管制，設(shè)備體積小，能耗低。人們已經(jīng)開始對(duì)星地、空空等激光鏈路開展理論仿真，與此同時(shí)也開展了關(guān)鍵技術(shù)以及演示實(shí)驗(yàn)等研究工作。大氣湍流是一種非均勻的隨機(jī)介質(zhì)，通?？醋霭鞣N尺度渦旋的集合，當(dāng)激光通過大氣湍流時(shí)，波陣面與渦旋相互作用，導(dǎo)致光波產(chǎn)生到達(dá)角起伏、漂移、擴(kuò)展和光強(qiáng)起伏等湍流效應(yīng)，對(duì)空間激光通信系統(tǒng)的速率、帶寬和誤碼率等都將產(chǎn)生影響。因此，激光的大氣傳輸效應(yīng)(李曉峰，蔣大鋼，鄧科，胡瑋，一種大氣信道中光波傳輸特性的測(cè)試方法，專利申請(qǐng)?zhí)?01010115486. 5)和大氣湍流參數(shù)測(cè)量(張彬，但有全，潘平平，齊娜，基于M2因子和光閃爍指數(shù)確定大氣湍流參數(shù)方法及裝置，專利申請(qǐng)?zhí)?201010533777. 6)越來(lái)越受到人們的重視，成為空間激光通信技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。同時(shí)， 廣泛應(yīng)用于高功率系統(tǒng)和慣性約束核聚變中的光束陣列也被引入到大氣傳輸研究中，主要研究了線性和徑向光束陣列的光束展寬和光束質(zhì)量(M2-因子和瑞利距離)等，如文獻(xiàn) P. Zhou, Y. Ma, X. Wang, H. Zhao, and Ζ. Liu, Opt. Lett. 35，1043-1045，2010 和 X. Li，X. Ji, and F. Yang, Optics&Laser Technology 42，604-609，2010。因此，如果能研究出一種確定最優(yōu)光束陣列參數(shù)的簡(jiǎn)單而準(zhǔn)確的方法，以及實(shí)現(xiàn)所述方法的實(shí)驗(yàn)裝置，那么對(duì)提高空間激光通信質(zhì)量將具有重要意義，這正是本發(fā)明的任務(wù)所在。

發(fā)明內(nèi)容
1、目的本發(fā)明的目的是研究一種大氣信道中抑制湍流影響的光源設(shè)計(jì)方法，以及實(shí)現(xiàn)所述方法的實(shí)驗(yàn)裝置，該光源的設(shè)計(jì)能夠抑制大氣湍流對(duì)光傳輸?shù)挠绊?，?duì)提高空間激光通信質(zhì)量具有重要意義，同時(shí)該光源的設(shè)計(jì)是可調(diào)的。2、技術(shù)方案本發(fā)明的基本思想是從光傳輸?shù)幕纠碚摮霭l(fā)，采用非柯爾莫哥洛夫大氣湍流模型和徑向高斯光束陣列，如

圖1所示，研究接收端的均方根光束寬度。在相干合成的情況下，發(fā)射端的交叉譜密度函數(shù)為W(。)(Wl,x2,y = 0) = g|;exp[-i ^fc^f
w=0 n=0狄0
權(quán)利要求
1.一種大氣信道中抑制湍流影響的光源設(shè)計(jì)方法，主要包括以下步驟1)發(fā)射端光源為徑向光束陣列；2)發(fā)射端激光經(jīng)大氣信道傳輸后，根據(jù)廣義惠更斯-菲涅爾原理，得到接收端的平均光強(qiáng)；3)根據(jù)均方根光束寬度的定義式，由接收端的平均光強(qiáng)得到接收端的均方根光束寬度，簡(jiǎn)稱光束寬度；4)通過對(duì)光束寬度的分析，得到最優(yōu)的光束陣列參數(shù)；5)發(fā)射端根據(jù)得到的最優(yōu)的光束陣列參數(shù)完成對(duì)光源的設(shè)計(jì)。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源設(shè)計(jì)方法，其特征在于徑向光束陣列的圓環(huán)半徑可調(diào)，光束陣列的每個(gè)子光束可以是完全相干光，如高斯光束，也可以是部分相干光，如高斯-謝爾光束。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求2所述的光源設(shè)計(jì)方法，其特征在于存在對(duì)應(yīng)于光束寬度極小值的最優(yōu)的光束陣列參數(shù)。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求3所述的光源設(shè)計(jì)方法，其特征在于當(dāng)光束數(shù)足夠大時(shí)，最優(yōu)的光束陣列等價(jià)于空心光束，因此，產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)上述最優(yōu)的光束陣列功能的空心光束需要滿足在亮環(huán)半徑不變的情況下，空心區(qū)域半徑可調(diào)。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求4所述的光源設(shè)計(jì)方法，其特征在于空心光束是用一根多模光纖產(chǎn)生的。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求5所述的光源設(shè)計(jì)方法，其特征在于在產(chǎn)生空心光束的過程中， 可以用旋轉(zhuǎn)的毛玻璃片來(lái)改變產(chǎn)生的空心光束的相干度。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求6所述的光源設(shè)計(jì)方法，其特征在于在產(chǎn)生空心光束的過程中， 可以通過增加多模光纖的長(zhǎng)度來(lái)提高空心光束的質(zhì)量。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求7所述的光源設(shè)計(jì)方法，其特征在于在產(chǎn)生空心光束的過程中， 可以通過改變?nèi)肷浣铅群推屏縼?lái)產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)上述最優(yōu)的光束陣列功能的空心光束，即在空心光束的亮環(huán)半徑不變的情況下，空心區(qū)域的半徑可調(diào)。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種新型的光源設(shè)計(jì)方法，可以實(shí)現(xiàn)抑制大氣湍流對(duì)通信質(zhì)量影響的目的，屬于空間激光通信領(lǐng)域。在本發(fā)明中，發(fā)射端光源采用徑向光束陣列，發(fā)射端的激光經(jīng)大氣信道傳輸后，依據(jù)光傳輸原理，得到接收端的均方根光束寬度，簡(jiǎn)稱光束寬度。通過對(duì)光束寬度的分析，得到對(duì)應(yīng)于光束寬度極小值的最優(yōu)的光束陣列參數(shù)，發(fā)射端據(jù)此完成對(duì)光束陣列的優(yōu)化。此外，我們的研究還表明，當(dāng)光束數(shù)足夠大時(shí)，最優(yōu)的徑向光束陣列等價(jià)于空心光束，因此，產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)上述最優(yōu)的光束陣列功能的空心光束需要滿足在亮環(huán)半徑不變的情況下，空心區(qū)域半徑可調(diào)，這是本發(fā)明的又一重要研究成果。本發(fā)明的光源設(shè)計(jì)方法對(duì)提高空間激光通信質(zhì)量具有重要意義。
文檔編號(hào)G02B27/00GK102289076SQ20111022055
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月2日
發(fā)明者唐華, 朱彤, 歐寶林, 王寶強(qiáng) 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)