长波红外与激光共孔径双模导引光学系统研究

为提高导引结构的特征分辨能力和全天候工作能力,提出一种长波红外与激光共孔径的双模导引光学系统设计方案,利用被动红外模块搜索目标,通过主动激光雷达模块锁定目标并精确制导。为解决导引头内光学系统尺寸受限的问题,以Ritchey-Chretien结构为共用部分,通过次镜镀分光膜实现长波红外（8～12μm）反射光路与激光（1.064μm）透射光路的组合,并分析了不同光学遮拦情况对非相干成像系统调制传递函数衍射极限的影响。展示了F数为0.98、光学遮拦比为1/3的共孔径双模导引系统的实例,使用多片折射镜片实现对主、次镜残余像差的补偿,利用光学被动式消热差方法完成-40～60℃范围的长波红外无热化,具有良好的热稳定性和可加工性,可为双模导引光学系统的分析与设计提供参考。     

弱湍流大气激光通信中的光强闪烁研究

大气激光通信中，湍流引起的光强闪烁严重影响通信系统的性能指标（误码率）。通过对湍流条件下光强分布的数值仿真，得出弱湍流时接收光强服从对数正态分布，与Rytov理论一致。用随机过程分析的方法给出了系统误码率与光强闪烁的关系，并进行MATLAB数值模拟。研究表明误码率随对数振幅方差（湍流强度）的增加而上升，且当对数振幅方差在0～0．02时，误码率随对数振幅方差的变化较快，近似呈线性递增。在工程中，可采用自适应光学或多发射机等技术抑制湍流对大气激光通信的影响。     

大气信道对红外激光通信系统性能影响的实验研究

针对近地面、准水平红外激光大气通信系统的应用,利用微脉冲激光雷达、大口径激光闪烁仪在济南市区进行了为期一周的昼夜连续观测,获得了影响红外激光通信系统性能的关键大气参量的信息.着重分析了大气衰减信道、大气湍流信道对一公里通信链路系统性能的影响,考查了通信设备在复杂大气条件下应用的可行性及可靠性.最后就减弱大气信道对通信性能影响的方法进行了总结和探讨.     

大气激光通信中的多层空间脉冲位置幅度调制

针对现有光空间脉冲位置调制频谱效率低、激光器利用率不高等问题,将分层技术与空间脉冲位置幅度调制相结合,提出了一种适合于大气激光通信的多层空间脉冲位置幅度调制方案.通过额外增加少量几个激光器构成多层结构,并通过脉冲位置幅度调制中的脉冲位置携带比特信息,不同层通过脉冲幅度得到区分.介绍了系统中层映射、空间脉冲位置幅度映射及其逆映射的原理,并推导出该方案的误码率表达式.利用蒙特卡洛仿真方法进一步验证了该方案的正确性,并与传统空间调制系统的性能进行了对比.结果表明:与传统光空间调制系统相比,所提方案提高了系统的频谱效率,且所用激光器数目更少.在传输比特相同的条件下,相对于(32,4,128)-空间脉冲位置调制系统,(9,4,8,2)-多层空间脉冲位置幅度调制系统的频谱效率提高了16倍,当误码率为10-3时,其信噪比改善了约1dB,且所用激光器数目不到前者的1/3.其中,括号中的参数分别表示激光器数目、探测器数目、采用调制方式的阶数及层数,层数为1时忽略.     

无线激光通信技术的军事应用

无线激光通信技术凭借其技术优势,在军事通信中有广泛的应用前景。本文介绍了无线激光通信技术的原理,并说明了其军事应用成果。     

无线激光通信音频传输实验

设计了无线激光通信音频传输实验系统.在发射端采用对90 MHz载波信号调频方式调制放大信号后,再对半导体激光器进行强度调制;在接收端光信号由光电探测器转换为电信号,电信号经中频放大器、变频器和鉴频器解调出原始信号,原始信号再经功率放大器放大后由示波器接收.测量了实验系统音频传输的幅频特性、动态特性和延迟特性.实验结果表明:由于采用二次调制,系统抗干扰能力强,接收灵敏.     

雾对无线激光通信系统的影响

从雾的物理特性出发,对激光在雾媒质中的传播衰减特性进行了理论研究。分别给出了无线激光通信系统的信号模型、噪声模型和透过率,并给出了不同激光波长、能见度、测量距离和接收器视场角对无线激光通信系统的影响。最后,以工作波长为10.6μm的激光为例,利用衰减率与透过率之间的关系,给出了平流雾及辐射雾中激光雾衰减随能见度、接收器视场角等的变化关系。数值分析表明：激光波长、雾的能见度、测量距离和接收器视场角对无线激光通信系统均有较大的影响。     

车辆间大气激光移动通信调制方式研究

对大气激光移动通信的调制方式进行了研究,介绍了OOK、PPM、DPPM、DPIM及DH-PIM调制方式并分析了其各项性能指标,提出一种H-PPM调制方式并与其它调制方式进行了比较.该方式在继承标准PPM优良误码特性的同时,在接收端解调时不需要符号同步,简化了接收机的设计,降低了系统实现的难度.理论分析和仿真结果表明,此H-PPM调制方式可以满足移动车辆间短距离、高可靠性、小数据容量激光通信的需要.     

地面长波红外高光谱成像气体探测研究

报道了地面长波红外遥测的新进展 ,具体阐述了窗扫时空调制傅里叶光谱成像技术的实现过程.演示装置基于角锥反射镜M ichelson干涉具 ,构成了空间调制干涉 ;采用了制冷型长波红外焦平面探测器组件 ,通过对数据立方体的采集、重组、基线校正、切趾、相位校正和傅里叶变换等处理 ,实现了长波红外波段高光谱成像.自研的CHIPED-1长波红外高光谱成像原理实验装置的探测灵敏度指标噪声等效辐射通量密度NESR在单次采样时达到了5.6 × 10-8 W · (cm-1 · sr · cm2 )-1 ,与商品化时间调制干涉高光谱成像仪相当 ;反映了技术的先进性 ,并留有较大的改进空间.通过测试聚丙烯薄膜的透过率曲线 ,CHIPED-1红外高光谱成像原理实验装置的光谱响应范围达到了11. 5 μm.文章还以室外高楼和乙醚气体的探测实验为例 ,研究了二维分布化学气体VOC的高光谱成像探测方法.在复杂背景和低试验浓度情况下 ,从同一波数的红外光谱切片上 ,观察不出乙醚蒸气的存在 ,但是进行了差谱处理后 ,可以清楚看到乙醚蒸气的空间分布.高光谱方法应用在有机蒸气VOC的红外探测领域 ,相对于宽波段热成像方法 ,具有灵敏度高、抗干扰能力强和识别种类多等诸多优势.     

基于slot波导的硅基长波红外偏振无关定向耦合器分析

硅基长波红外集成光电子器件是集成光学发展的一个新兴领域.阐述了利用等比例放大原理设计该波段下的slot波导的思路,分析了波导的限制因子、偏振特性等性质,并提出了工作波长为10.6 μm的偏振无关slot波导定向耦合器.     

基于slot波导的硅基长波红外偏振无关定向耦合器分析

 硅基长波红外集成光电子器件是集成光学发展的一个新兴领域.阐述了利用等比例放大原理设计该波段下的slot波导的思路,分析了波导的限制因子、偏振特性等性质,并提出了工作波长为10.6 μm的偏振无关slot波导定向耦合器.     

脉宽对光码分多址编解码器性能的影响

光码分多址系统中,光编解码是影响系统性能的关键因素之一。给出了低折射率相移超结构光纤光栅(SSFBG)光码分多址编解码器的数学模型,采用自相关峰旁瓣比(P/W)、自互相关峰比(P/C)两个参量作为衡量编解码器性能的主要指标,仿真研究了不同脉宽及不同光栅(码片)长度条件下超结构光纤光栅编解码器的性能,得到了编解码器的P/W、P/C随输入脉冲宽度及编解码器长度的变化曲线。从对编解码器性能仿真分析的结果可以看出,当光源脉宽与编解码器的长度满足一定的匹配条件时,可获得较理想编解码效果,即可以根据输入脉冲的宽度来选择长度合适的编解码器,从而获得较好的系统的性能。     

频移键控无线光通信系统的Optisystem实验仿真

调制技术是无线激光通信中的关键技术之一.目前国内外无线激光通信所采用的调制方式多为强度调制或相位调制.对研究较少的频率调制系统进行了研究,分析了多普勒效应对系统的影响,借鉴光纤通信领域的最新研究成果提出了高速频移键控(FSK)无线光通信系统的方案设计,并使用Optisystem软件实现系统仿真,对激光器线宽、滤波器带宽...     

Design Method for Optical Waveguide Filters Having Corrugation Structures by Corrugation Width Modulation

A method to design a corrugated optical waveguide filter by modulating the corrugation width profile is proposed. This method is based on combined applications of the Fourier transformation and the F-matrix formalism. The method achieves the spatial profile of the corrugation width required to design a filter with any specified spectral profile of the reflection coefficient. The idea of the technique is that the spatial variation of the effective refractive index can be transformed, with the help of the F-matrix formalism, to variation of the corrugation width while maintaining a constant amplitude of the refractive index variation. Two examples are given applying the technique to the design of optical waveguide filters with reflectivity profiles of two- and four-rejection bands.     

自纠错码在PWAM光纤传输系统中的应用

基于自纠错码的二级脉冲幅度调制与脉冲宽度调制(PWAM)光纤传输技术,对系统中的接收机灵敏度进行了分析.在模拟信号信噪比不小于50 dB,数字信号误码率不低于10－9情况下进行仿真.结果表明,在没有增加系统复杂性的前提下,使用自纠错码时二级脉冲幅度调制以及脉冲调制光纤接收机灵敏度将有1.1 dB的改善.     

一种新的基于空间图案信号的多进制无线光通信技术

提出了一种新的多进制无线光通信技术,其基本原理是用一组相互易区分的空间图案代替传统无线通信中的会聚光斑传递信息.分析了该通信方案的信道容量,结果表明无线光通信系统存在未被利用的空间自由度,其大小与系统收发孔径和光波波长有关,与光场空间分布无关.通过合理设置系统的结构参数和设计信号图案,可以利用无线光通信系统的空间自由度增加信道容量.提出了一种实现该技术的光电系统方案,其关键组成部分为空间光调制器和图象相关器.详细描述了信号处理过程,具体包括二维相关处理、比较判决和进制转换三部分.分析了该方案的误码性能,得到了平均误码率的估算公式,分析得到了可降低误码率的信号设计基本规则.最后用一个透镜阵列处理器通过实验验证了该通信方案.     

基于单光子探测及脉冲位置调制的激光通信关键技术研究

为了实现高灵敏度的空间激光通信,并提高传输信道的抗干扰能力,将单光子探测技术和脉冲位置调制技术相结合,采用门控电路与反馈淬灭电路相结合的方式淬灭单光子探测器雪崩,设计了插入帧头法用于脉冲位置调制解调。用现场可编程门阵列进行了脉冲位置调制解调过程的仿真,验证了插入帧头法的有效性与可行性。在此基础上搭建了1 550 nm的脉冲位置调制激光通信实验,同时测试了单光子探测器在不同参数下的性能。结果表明,当探测效率为25%,触发延时为8.00 ns,门宽为5.0 ns,死时间为0.1μs时,单光子探测器性能最佳。最后测试了不同调制速率下单光子探测器的探测灵敏度,结果表明,当通信码速率为1 Mbps时,通信灵敏度为-51.8 dBm;当通信码速率为4 Mbps时,通信灵敏度为-41.0 dBm,实现了高灵敏度的空间激光通信。