光子晶体四信道波分复用器的研究

提出了一种由2-D光子晶体构成的四信道波分复用系统。该系统包括利用光子晶体的线缺陷实现的波导部分和利用光子晶体微腔实现的频率选择部分。采用时域有限差分(FDTD)方法,研究了光在含点缺陷(即微腔)和线缺陷(即波导)的光子晶体中的传输特性,并给出了仿真结果。计算结果表明,该结构可以实现波长为λ=1550nm附近的四信道波分复用。     

Angle-of-arrival fluctuations in moderate to strong turbulence

Based on the modified spectrum, the analytic expressions for the variance and normalized covariance of angle-of-arrival (AOA) fluctuations are presented, which are applicable to the weak and strong regimes. The experimental data of AOA fluctuations validate the new derived expressions in weak and strong regimes. The results show that the receiving aperture D, outer scale and cell scale larger than the scattering disc S contribute significantly to the AOA fluctuations, and contributions from the small-scale turbulence are negligible. For the case of 4S/D\ll 1, the receiving aperture dominates low-pass filtering effects and the new displacement variances are in good agreement with the results from the old weak-fluctuation theory. For the case of 4S/D\gg 1, the scattering disc dominates the low-pass filtering effects and the new displacement variances depart from the results from the old weak-fluctuation theory.     

非高斯畸变对星间光通信瞄准偏差的影响

 提出了一种针对星间激光链路反射式光学天线的非高斯畸变模型,利用该模型研究了波前畸变对系统瞄准偏差的影响,并且与高斯型波前畸变所得结果进行了对比。理论分析和仿真结果表明：对于高斯型和非高斯型畸变,系统的瞄准偏差都会随着畸变范围的增大而增大,随着畸变位置相对光束中心距离的增大先增大后减小。当畸变形状可以用其平均变化量来近似时,随着畸变深度的变化,瞄准偏差呈周期性变化趋势,振荡周期峰值的包络与畸变形状有关;对于不能简单用均值变化量代替其形状的畸变,随着畸变深度的增加,瞄准偏差的变化不具有周期性。仿真结果显示:对口径为0.25 m的反射式光学天线,当遮挡比为0.1时,如果畸变范围超过0.01 m×0.01 m,系统将会产生比较明显的瞄准偏差。     

量子点红外探测器在空间光电系统中的应用

为了更好地开发和利用空间资源,各国竞相通过向空间发射卫星、空间站、航天飞机等航天器来建立探测站点和通信网络以占据具有最大优势的位置,其中空间光电系统在探索新资源方面起到关键的作用.点对点的距离远、空间辐射强、温差较大等空间环境因素严重影响着光电系统性能的发挥,也向空间光电系统的稳定性和可靠性提出了挑战.本文提出将具有较高的探测灵敏度、工作温度、抗辐射能力和响应带宽的新型量子点红外探测器应用于空间光电系统,阐述了量子点红外探测器的基本工作原理和优点,并讨论了量子点红外探测器在空间应用的技术要求,分析了其在空间的激光雷达、卫星光通信和成像或者非成像系统中的应用.     

Measurement of scintillation and link margin for laser beam propagation on 3.5-km urbanised path

An experiment of laser propagation was carried out at the urban terrain range of 3.5 km during the period of March to May of 2006. The received intensity scintillations and atmosphere turbulence strength in complex urban atmosphere circumstance were simultaneously measured concentratively. The results show the statistical characteristics of irradiance scintillation and atmosphere turbulence strength and link fade margin for urban free-space optical links.     

大天顶角的到达角起伏

基于修正Kolmogorov谱,运用相位结构函数的平方近似,导出了适用于大天顶角传输的到达角起伏方差及其功率谱的解析表达式.研究结果表明,新导出的方差表达式在任意天顶角都是适用的.散射盘尺度和接收孔径对到达角起伏起平滑作用,当接收孔径远大于散射盘尺度时,由于孔径平滑作用,导出的表达式在任意天顶角都可以近似为弱起伏理论给出的结果；当接收孔径小于散射盘尺度时,散射盘尺度的平滑作用明显,接收孔径的平滑作用相对较小,传统的到达角起伏理论仅在小天顶角是适用的,在大天顶角必须用新导出的方差表达式.当接收孔径D<25 cm时,弱起伏理论给出的表达式的适用范围被限制在小于50°~70°的天顶角内.     

光束在强湍流区中传播的到达角起伏

 基于修正Rytov理论，导出了适用于强湍流区的无限平面波和球面波的到达角起伏方差表达式及其功率谱表达式，分析了散射盘对到达角起伏的影响。研究结果表明：导出的方差表达式在弱湍流区也适用，随着Rytov方差的增加到达角起伏趋于饱和；高频功率谱的下降速度随着散射盘尺度的增加而增加。     

强湍流区的光束漂移

 基于修正Rytov理论，导出了适应于强湍流起伏区的光束漂移方差表达式，分析了湍流外尺度、有效散射区域尺度和光束束腰对光束漂移的影响，并与实验结果进行了比较。结果表明，相对于基于指数模型的光束漂移方差表达式，基于修正Rytov理论给出的表达式的计算结果能更好地与实验结果吻合。当光束束腰大于有效散射区域尺度时，不发生饱和效应，导出的表达式与传统理论给出的表达式一致；当光束束腰小于有效散射区域尺度时，光束漂移的幅度不随Rytov方差的增大而明显变化。     

卫星光通信中恒星背景噪声分析及抑制方法研究

建立了以恒星目视星等、等效温度为参数的恒星辐射谱模型,使利用恒星数据库进行背景噪声分析变得更加简捷。在此基础之上,分析了恒星自身特点及卫星光通信终端参数对背景噪声的抑制能力,提出并定义了抑制参数Ψ,以评价卫星光通信系统的抗噪性能;同时考虑背景噪声光功率对卫星光通信的影响,给出了补偿方法;分析结果表明,通过提高CCD采样频率、降低光学系统带宽等方法,可以有效地减少恒星噪点,降低恒星背景光对卫星光通信系统的影响。该项工作为进一步优化卫星光通信系统参数,提高其空间运行的稳定性打下了基础。     

空间光通信的到达角起伏实验研究

 2006年上半年进行了距离为3 200 m的光束传输实验，对到达角起伏进行了24 h昼夜观测。实验中，每分钟进行一次连续测量，每次以1 kHz的信号采样频率连续采集10 s，得到10 000个到达角起伏实验数据，并反映了0.2~500 Hz频段的信息。根据高采样频率下的到达角起伏昼夜观测数据，分析了到达角起伏效应，并通过到达角起伏时间平滑因子，对曝光时间的平滑作用进行了研究。昼夜观测实验结果表明：在天气阴霾、能见度低的情况下，到达角起伏会显著减小；在强湍流区，到达角起伏出现饱和效应，在弱湍流区，到达角起伏的强度随着湍流强度的增加而增强；到达角起伏幅度随着曝光时间的增加而减小，由归一化协方差拟合关系得到的时间平滑因子计算结果与实验直接分析得到的结果一致。