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大气湍流对空间光—单模光纤耦合效率影响研究

作　者: 覃智祥
导　师: 韩琦琦
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 物理电子学
关键词: 自由空间光通信大气湍流光纤耦合耦合效率
分类号: TN929.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 45次
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内容摘要

自由空间光通信以其相对于微波通信的优势,受到了人们越来越广泛的关注。当前,充分利用现有成熟光纤通信技术是无线光通信技术重要的发展趋势,然而需要首先解决好空间光-单模光纤高效耦合这一关键问题。以此为目的,本文针对无线光通信中大气湍流对空间光-单模光纤耦合效率的影响进行了理论分析,在此基础上,进行了大气信道下短距离空间光-单模光纤耦合实验。主要研究工作包括：1.分析了影响空间光-单模光纤耦合效率的主要因素介绍了大气湍流的统计理论,基于理想条件下的空间光-单模光纤的耦合理论,讨论了影响耦合效率的主要因素,并深入分析了横向、轴向及角度对准偏差对耦合效率的影响。2.针对大气湍流对空间光-单模光纤耦合效率的影响进行了深入理论分析和仿真研究。在弱湍流条件下,给出了平均耦合效率及耦合效率起伏方差模型,采用数值仿真分析了大气条件下空间光-单模光纤耦合效率相对起伏方差。针对大气折射率结构常数、耦合透镜直径、单模光纤模场半径对平均耦合效率的影响进行了理论分析。3.在理论的基础上进行了短距离空间光-单模光纤耦合效率实验,验证了理论分析的结果。通过测量短距离大气传输后耦合进单模光纤光束光强变化情况来分析大气对耦合效率的影响。实验结果在一定程度上证明了理论的正确性；同时通过对耦合光功率的实验研究发现,随着耦合孔径直径接近最优值,平均耦合效率逐渐升高的同时,耦合光功率起伏方差在逐渐变小。本文针对大气湍流对空间光-单模光纤耦合效率的影响进行了理论分析和实验研究,所得结果为进一步建立大气条件下空间光-单模光纤高效耦合系统打下了理论与实验基础。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-13
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 大气湍流对自由空间光通信影响研究现状  9-10
  1.3 大气湍流下空间光-单模光纤耦合技术研究现状  10-12
  1.4 本论文主要研究内容  12-13
第2章大气湍流光传输及空间光-单模光纤耦合基础理论  13-28
  2.1 大气湍流统计理论  13-15
  2.2 大气湍流光波传输理论  15-19
    2.2.1 光强起伏理论  15-18
    2.2.2 到达角起伏理论  18-19
  2.3 理想条件下空间光-单模光纤耦合  19-22
  2.4 对准偏差对耦合效率的影响  22-27
    2.4.1 轴向偏差对耦合效率的影响  22-24
    2.4.2 横向偏差对耦合效率的影响  24-25
    2.4.3 角度偏差对耦合效率的影响  25-26
    2.4.4 影响耦合效率的其他因素  26-27
  2.5 本章小结  27-28
第3章湍流对空间光-单模光纤耦合效率影响理论研究  28-37
  3.1 引言  28-29
  3.2 大气湍流下空间光-单模光纤平均耦合效率  29-34
    3.2.1 大气折射率结构常数对平均耦合效率的影响  31-33
    3.2.2 耦合透镜直径对平均耦合效率的影响  33
    3.2.3 单模光纤模场半径对平均耦合效率的影响  33-34
  3.3 耦合效率相对起伏方差  34-36
  3.4 本章小结  36-37
第4章湍流对空间光-单模光纤耦合影响实验研究  37-53
  4.1 实验设计及系统  37-40
    4.1.1 实验环境  37
    4.1.2 实验系统及参数分析  37-40
  4.2 大气湍流下空间光-单模光纤耦合效率实验研究  40-50
    4.2.1 接收光强闪烁指数及大气折射率常数  40-42
    4.2.2 耦合效率的瞬时变化及其相对起伏方差  42-45
    4.2.3 耦合效率概率分布  45-48
    4.2.4 平均耦合效率  48-50
  4.3 大气湍流下空间光-单模光纤耦合光功率实验研究  50-52
  4.4 本章小结  52-53
结论  53-54
参考文献  54-58
攻读学位期间发表的学术论文  58-60
致谢  60

大气湍流对空间光—单模光纤耦合效率影响研究

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