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.     

基于超导纳米线单光子探测器深空激光通信模型及误码率研究

高速深空通信是深空探测的关键技术之一,具备单光子灵敏度的激光通信系统将大大提高现有的深空通信速度.然而,单光子条件下的激光通信不仅需要考虑传输环境的影响,还需要考虑实际单光子探测器性能和光子数量子态的分布.本文在不考虑大气湍流影响的情况下,以光电探测模型为基础,引入超导纳米线单光子探测器(SNSPD)系统的探测效率和暗计数,建立了反应系统差错性能的数学模型,提出了系统误码率的计算公式.先对公式中的光强和激光脉冲重复频率对误码率的影响进行仿真,再通过实验结果验证仿真模型.结果表明,光强对误码率的影响最明显,随着光强从0.01光子/脉冲到1000光子/脉冲的增加,误码率从10~(-1)到10~(-7)量级明显下降;激光脉冲重复频率对误码率的影响受到不同光强的制约,但都随着脉冲重复频率的增加呈下降趋势.与此同时,当增加光强或者提高速度时,误码率高于仿真结果,约在10~(-4)量级,其原因可能是实际通信中调制光信号的消光比不足和光纤引入背景噪声提高了系统暗计数.以上模型和实验结果为进一步开展基于SNSPD的月球-地球、火星-地球等高速深空激光通信奠定了基础.     

大气激光通信系统建模及关键技术研究

对光通信系统的关键技术进行了研究分析，通过在不同天气条件下的场外测量建立出典型天气条件下的信道模型，制定了信源编码及信道编码方式及相关参量，并用MATLAB对其进行了半实物仿真，仿真结果表明，引入256-PPM信源编码及RS（255，223）信道编码对系统通信性能的提高是行之有效的．     

脉冲位置调制对脉冲式光纤激光器调制速率的影响

脉冲式光纤激光器受到其重复频率的限制,导致其数据传输速率较低,严重影响了其在通信领域的应用。为了改善其性能并使其能更好地应用到通信领域,针对脉冲式光纤激光器的这种缺点,通过三种脉冲位置调制(PPM)调制方式对其进行调制并对其性能的影响进行了实验研究。通过改变三种PPM调制的调制位数脉冲时隙宽度对脉冲式光纤激光器的调制速率的影响以及三种PPM调制方式对脉冲式光纤激光器的输出功率误码率的影响进行了仿真研究。分析结果表明,单脉冲位置调制(L-PPM)调制方式最适合脉冲式光纤激光器,可以将重复频率为200kHz的脉冲式光纤激光器的调制速率提高到1.387Mbit/s,该结果有利于脉冲式光纤激光器在通信中的应用。     

空间相干激光通信中目标位置误差的相干探测

空间相干激光通信终端中的跟瞄(PAT)系统性能直接影响通信质量。在通用的相干接收机系统中加入CCD和图像处理软件,在对传输信号进行相干探测的同时可得到目标位置误差信息,实现发射光束的实时调整。给出了干涉场强的理论表达式以及图像参数与目标位置的关系式,并讨论了实际应用中波长抖动对位置误差探测精度的影响。通过计算机仿真,验证了目标位置相干探测原理以及波长扰动分析的正确性。     

激光调制和激光通信原理的演示

给出了一种演示激光调制和激光通信原理的电路设计。     

脉冲激光探测的最大探测距离的研究

脉冲激光探测的最大探测距离与发射信号功率有关,根据系统发射端瞬时功率的形式,通过计算得出了脉冲激光平均发射功率和最大瞬时功率分别与驱动电流的脉冲上升沿时间、脉冲宽度、脉冲重复周期的关系.结合传输衰减、弱信号检测和信号预处理过程中的信号功率变化,得出了最大探测距离与激励电流波形参数、光电探测器参数、信号预处理电路噪声、信...     

单分子光子源光子统计的非平衡探测

研究了在Hanbury Brown Twiss探测方式下，非平衡探测系统对光子统计测量的影响。通过记录2个单光子计数器响应的单分子光子源输出的每一个事件，分析具有泊松统计背景的实际单分子光子源的光子统计特性，讨论并给出了非平衡探测系统的单分子光子源Mandel参数。研究表明：非理想的50／50分束器、非理想的线性传输效率和非理想的探测器都会使单分子光子源Mandel参数的实际测量结果小于平衡系统的Mandel参数，最后给出了单分子光子源Mandel参数的非理想探测的校正表达式。     

混沌脉冲位置调制(CPPM)源研究

新的混沌保密通信方案为混沌脉冲位置调制（CPPM）。脉冲的形状规则,脉冲间隔变化混沌,信息包含在时间间隔里面,对波形的形状低敏感。这样通信中噪声滤波器和同步混沌脉冲发生器的使用使得系统实用性大大提高。本文分析和仿真了其实现的可能性。提出对更为复杂的混沌函数作为载波的可行性。     

折射率调制脉冲射线探测技术原理验证

为验证折射率调制的脉冲射线束探测技术,建立了原理验证系统。该系统基于平行平板干涉原理,测量传感介质的折射率在射线激发下的瞬时变化。传感介质为GaAs,探针光为1310 nm单模激光,外界激发射线源平均能量为300 keV,脉宽为20 ns。使用带宽775 kHz的近红外InGaAs光电探测器,观测到了GaAs晶体在脉冲射线激发下的折射率变化。初步理论分析表明,射线脉冲在GaAs中产生的非平衡载流子浓度为1014 cm-3量级,折射率变化为10-6量级。折射率变化的实验结果与理论计算在量级上是符合的。实验结果表明,基于折射率调制的脉冲射线束探测技术基本可行,利用该系统可进一步发展高时间分辨的脉冲射线束探测技术。     

超短光脉冲波形对门模单光子探测的影响

采用两种不同的皮秒光脉冲波形进行了门模单光子探测实验.测量了单光子探测效率随探测器和超短脉冲光源之间的同步延迟细微调节时的变化曲线.结果表明：光脉冲波形直接影响光子到达时间与门脉冲时间窗口之间的精确同步和探测效率,使用其中一种脉宽较短的皮秒光脉冲时探测效率比使用另一种脉冲提高了约9%.     

无线光通信中一种迭代解调的比特交织乘积编码脉冲位置调制

针对无线光通信脉冲位置调制(PPM)与信道纠错编码的有效结合问题,提出一种大气无线光通信乘积编码PPM新方案.将比特交织和迭代技术引入分组乘积编码PPM中,利用比特交织使信号衰落变得独立,并根据最大似然准则推导得到了弱湍流高斯级联信道下PPM软解调方法,将其与分组码的软输入软输出(SISO)译码算法相结合,进行解调译码...     

紫外光通信调制方式的对比研究

分析了启闭键控调制(OOK)、脉冲位置调制(PPM)、差分脉冲位置调制(DPPM)和数字脉冲间隔调制(DPIM)的编码结构,然后从带宽需求、平均发射功率、传输容量和差错性能等方面对各种调制方式进行了仿真对比。结果表明,DPIM调制比PPM具有更高的传输容量和更少的带宽需求,并且解调对同步要求较低,实现更简易,并结合紫外LED阵列将作为今后实用化紫外光源的发展趋势,DPIM调制在未来紫外光通信系统的应用中将具有更大的优势。     

基于单光子态自避错传输的量子安全直接通信协议

量子安全直接通信(Quantum secure direct communication,QSDC)是一种预先不需要建立共享秘钥而直接传输秘密信息的协议.针对信道中联合噪声的存在,提出一种基于单光子态自避错传输的量子安全直接通信协议.研究结果表明,该方案有效地避免了联合噪声对传输信息的影响,使接收方得到原未知量子态的成功率可趋近于100％,大大提高了量子态传输的保真度.该方案实验操作简单,有很高的学术研究和应用价值.     

皮秒时间相关单光子计数光谱仪的核心技术

研制的皮秒时间相关单光子计数光谱仪利用时间相关单光子计数(TCSPC)技术,采用了具有分光时间弥散动态和静态补偿特性的光栅分光系统,解决了传统分光系统的光信号时间弥散问题;使用多道谱分析仪开设时间窗口,测量荧光衰减曲线和时间分辨光谱;用荧光衰减曲线的多指数拟合方法处理数据。给出了光谱仪的原理和总体方案,介绍了系统的集成和工作流程。通过各种标准样品的试验数据分析和对比,得出系统所测荧光寿命可达到ps量级,而且具有最高的灵敏度——单光子计数,时间分辨率达到8．8ps。     

长波红外无线激光通信脉冲宽度调制实验研究

为实现长波红外无线激光通信,建立了基于脉宽调制的长波红外无线激光通信系统模型,对系统性能进行了分析,给出了系统误码率的计算公式.搭建了实验系统,对CO_2激光器的平均输出光功率随占空比的变化情况进行了分析,对不同占空比条件下接收端对应的激光平均脉冲宽度以及脉冲宽度受噪声影响的随机变化情况进行了分析,得到了激光输出平均光功率、平均脉冲宽度与占空比之间的关系,以及脉宽的分布规律,并将实验结果与理论分析结果进行了对比,在此基础上得到了脉宽最佳判决门限和系统各类工作参数同误码率之间的关系.结果表明,基于CO_2激光器的脉冲宽度调制能够实现长波红外无线激光通信.     

超短光脉冲波形对门模单光子探测的影响

采用两种不同的皮秒光脉冲波形进行了门模单光子探测实验.测量了单光子探测效率随探测器和超短脉冲光源之间的同步延迟细微调节时的变化曲线.结果表明:光脉冲波形直接影响光子到达时间与门脉冲时间窗口之间的精确同步和探测效率,使用其中一种脉宽较短的皮秒光脉冲时探测效率比使用另一种脉冲提高了约9%.     

高探测效率CMOS单光子雪崩二极管器件

基于标准0.35μm CMOS工艺设计了一种单光子雪崩二极管器件.采用p+n阱型二极管结构,同时引进保护环与深n阱结构以提高单光子雪崩二极管性能;研究了扩散n阱保护环宽度对雪崩击穿特性的影响;对器件的电场分布、击穿特性、光子探测效率、频率响应等特性进行了分析.仿真结果表明:所设计的单光子雪崩二极管器件结构直径为10μm,扩散n阱保护环宽度为1μm时,雪崩击穿电压为13.2 V,3 dB带宽可达1.6 GHz;过偏压为1 V、2 V时最大探测效率分别高达52%和55%;在波长500~800 nm之间器件响应度较好,波长为680 nm时单位响应度峰值高达0.45 A/W.     

单脉冲飞秒脉冲激光对单层和高反光学薄膜的损伤

用电子束蒸发的方法在BK7玻璃上制备了ZrO2单层膜和ZrO2/SiO2高反膜,利用掺Ti:sapphire飞秒激光系统输出的中心波长为800 nm,脉宽为50 fs的激光脉冲对这两种样品进行了激光损伤阈值测试.实验结果表明,ZrO2单层膜的阈值比ZrO2/SiO2高反膜的高;这与传统的纳秒脉冲激光的损伤情况相反.利用光离化和碰撞离化激发电子到导带,形成电子等离子体基本模型并对此现象进行了解释.同时,用显微镜对样品的损伤形貌进行了观测,对损伤的特点进行了表征.