空间光—光纤高效耦合系统的设计与实现

论文摘要

随着光纤通信技术的发展,1550nm波段的自由空间光通信在未来的高速卫星通信中占据重要地位。空间光-光纤的耦合作为空间激光通信光接收的一个关键技术。本论文基于空间光通信平台,设计了一套空间光-光纤耦合系统,并进行了实验测试和性能分析。具体研究内容如下:1.设计了空间光-光纤耦合系统。基于空间光通信应用平台,运用系统传输矩阵分析方法和ABCD定理分析了空间光传输特性,研究并设计针对1550nm波段的通信系统的空间光-光纤耦合系统。2.研究了关键技术激光束整形技术。分析了发射端和接收端光信号的特点,设计出不同的空间光整形系统。对于发射端,采用相互正交的柱透镜组设计模型;对于接收端,采用非球面透镜加棱镜组设计模型。利用ZEMAX软件对设计的系统进行仿真优化。3.研究了关键技术光纤耦合技术。针对1550nm波段的光通信系统,设计了光纤耦合系统,采用非球面光学透镜实现了高效率的耦合,利用MATLAB软件进行仿真优化。4.测试整个空间光-光纤耦合系统。基于空间光通信平台,组建测试了空间光整形系统、光纤耦合系统的效率,分析了影响耦合效率的因素,提出了有效改善耦合效率的方法。5.最后,针对多波长光束传输,分析了不同波长对耦合效率的影响,分析了入射角对耦合效率的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本文的研究背景
• 1.2 本文的研究目的及内容
• 1.3 本章小结
• 第二章 空间光-光纤耦合系统构成与关键技术
• 2.1 概述
• 2.2 空间光-光纤耦合系统构成
• 2.2.1 空间光整形系统
• 2.2.2 光纤耦合系统
• 2.3 关键技术
• 2.3.1 准直技术
• 2.3.2 耦合技术
• 2.4 本章小结
• 第三章 空间光整形系统设计
• 3.1 概述
• 3.2 空间光整形结构的选择
• 3.2.1 发射端的结构选择
• 3.2.2 接收端的结构选择
• 3.3 透镜组设计
• 3.4 整形系统的计算机仿真
• 3.5 总结
• 第四章 光纤耦合器的研究与设计
• 4.1 概述
• 4.2 光纤耦合技术分析
• 4.2.1 模式匹配理论
• 4.2.2 耦合效率计算
• 4.3 光纤耦合器设计
• 4.3.1 耦合镜设计的理论分析
• 4.3.2 耦合镜的仿真与优化
• 4.4 光纤耦合器的技术参数确定
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于光通信平台的空间光-光纤耦合系统实验测试
• 5.1 概述
• 5.2 空间光-光纤耦合系统的技术指标要求
• 5.3 空间光整形系统测试
• 5.3.1 整形系统
• 5.3.2 测试记录
• 5.4 光纤耦合系统实验测试
• 5.4.1 耦合系统
• 5.4.2 测试记录
• 5.5 空间光-光纤耦合系统性能分析
• 5.6 关于耦合效率问题的一些讨论
• 5.6.1 不同波长对耦合效率的影响分析
• 5.6.2 入射角范围对耦合的影响
• 5.7 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 主要工作及结论
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果