半导体激光器大气传输激光通信研究

描述一种激光大气传输通信系统。采用光作为载体,将声音和数据信息发送给接收器。与该系统相连的计算机能够通过一此接口与其它计算机连接。这种激光大气传输系统有体积小、重量轻、适应性强、便利、安全和抗干扰的特点。     

空间激光通信组网光学原理研究

随着高分辨率观测技术的发展和高数据率信息传输的迫切需求,研究高速率激光通信的组网技术迫在眉睫。分析了空间激光通信链路组网所需要满足的基本要求及其实现中必须解决的技术难点,提出了组网光学原理,同时研究了一种可用于多目标间同时进行激光通信的技术方案,设计了以旋转抛物面为基底的多反射镜拼接结构的光学天线、中继光学系统以及发射接收与捕获、跟踪和对准(APT)系统,为空间激光通信链路组网提供了新的技术途径。     

大气到海洋激光通信信道仿真

详细分析了蓝绿激光穿过大气海洋信道的信道效应和物理特性,利用理论分析和蒙特卡罗模拟方法完成对光信道仿真。介绍了大气海洋激光通信蒙特卡罗模拟方法及计算步骤。研究了不同厚度云层对光束投影面积的展宽,和光脉冲穿过不同深度海水后的空间分布和时域信号波形,讨论了其不同的展宽机理,并对信道的噪声分布进行了分析。发现云层对光脉冲展宽作用在云层厚度500 m时达到饱和,信号能量的随机起伏随海水深度的增加而增大,但能量分布的半峰全宽并不增加,大气海洋的综合信道效应可以用时延滤波器进行建模。     

无线激光通信系统的USB接口设计

提出一种计算机通讯系统的USB接口电路，通过其可完成两台计算机之间远距离激光无线通信任务。该接口电路具有安装方便、与主机的通信速度快、占用主机资源少等特点。文中对整个系统包括USB接口电路的设计，AN2131Q芯片固件程序的编写，USB设备驱动程序的编写以及Windows程序的编写进行了阐述。     

基于大气激光通信系统的实验测量研究

文中介绍了激光通过大气随机信道的光强分布测试系统的结构、工作原理和关键技术,在设计激光光斑测量系统基础上,进行了不同气象条件下的视距实验测量,给出了不同天气情况下的测量结果并进行了分析和讨论。用此系统可以方便、准确、形象地观测激光通过大气随机信道后光强的变化情况,为进一步建立大气随机信道模型提供了有力的依据。     

角度调谐滤光片准直系统发散角抑制技术研究

入射光束的发散角会影响角度调谐窄带滤光片的透射特性,出现透射通带变小及发散损耗增大的情况,且该现象随着入射角度的增大而更加明显.分析了出现这些现象的原因,并根据拉赫不变量定理设计了扩束棱镜组来压缩入射光束的发散角.并利用二次滤波技术进一步提高了透射光谱的矩形度和稳定性.根据该方法设计了针对100 GHz密集波分复用系统...     

基于大气湍流效应的双波长激光传输特性实验研究

为研究大气湍流作用下不同波长激光信号的传输特性,建立了基于双波长条件下的激光光束传输实验测试系统,在此基础上进行了室外实验测量,得到了双波长光束同信道传输时的光束漂移和光强起伏变化的测试数据。实验结果表明,大气湍流对激光信号的传输具有较大的影响,且光强的闪烁系数与波长有很大的关系,选择波长较长的激光束可减少湍流对光强起伏的影响;光束质心漂移具有很大的随机性,且其质心变化与波长之间无明显的直接联系。实验测试数据结果与大气湍流理论相符合,对空间大气通信具有一定的参考价值。     

LD激光束准直整形模块的研制

SDL-5400型号GaAlAs LD激光器产生的是单模高斯光束,在相互垂直方向上光束发散角不相等,且存在像散。为得到共腰的圆形光斑,由复参数q和ABCD定律,设计出两相互垂直的柱面透镜和棱镜对准直整形模块,通过CCD标定方法,得到经准直整形后的LD激光束在弧矢方向上的远场发散角为0.53mrad,子午方向为0.64mrad。     

大气激光通信用直锥形光纤发射天线

 提出采用直锥形光纤作为大气激光通信的发射天线,将多模光纤输出的部分相干发散光束变换为准平行光束的方案,既能得到发散角很小的部分相干激光光束,又能保证激光器输出能量的完全传输。采用光线追迹法分析了任意光束从锥形光纤小端面输入、大端面输出的发散角。结果表明,当直锥形光纤长度大于某一特定值时,从小端面输入的入射角小于数值孔径角的所有光线理论上都可以变换为出射角度小于光纤半锥角的光线,因此直锥形光纤可以作为部分相干光源的准直透镜,代替传统的凸透镜,用于改善光束的发散角。对远场光斑进行了数值模拟和实验研究,结果显示：直锥形光纤透镜对朗伯光源的准直光束比传统凸透镜的准直光束发散角小,光斑半径小且均匀性好,证明用此方法可以得到低发散、低空间相干性的光斑。     

大气激光通信中的偏振调制性能

为充分证明偏振移位键控可有效抑制大气湍流等因素的影响这一观点,对目前大气激光通信系统中广泛采用的几种强度调制和偏振移位键控技术进行详细的分析研究,从各调制方式的功率利用率、带宽需求、传输容量以及差错性能几个方面进行对比。研究结果表明,各调制方式各有千秋,不能一概而论。综合各方面性能考虑,偏振移位键控较其他几种强度调制方式更具优越性,其具有最大传输容量、最小的带宽需求和接收误码率。由此可见,偏振调制方式更适合应用于大气激光通信。     

自由空间保密光通信的研究及其实现

利用Mie散射理论分析论证了自由空间光通信传输的光信号在信道外被截获的可能性。提出了两种适于自由空间光通信图像保密通信的方法,并对这两种方法的性能进行了比较。设计并研制了实验系统。利用所提出的方法实现了自由空间光通信的图像保密传输。     

自由空间光通信系统中光脉冲展宽问题的研究

针对自由空间光通信系统,分析了大气色散、大气湍流以及光学系统对光脉冲信号展宽的影响。给出理论分析、计算与仿真结果。证明了大气色散是引起脉冲展宽的主要因素,在某些条件下是不能忽略的。     

自由空间无衍射光通信模拟系统及其传输性能

无衍射光的中心光斑直径相对于高斯光束较小且发散角为零,在自由空间光通信领域具有良好的应用前景。介绍了一种自由空间无衍射光通信模拟实验系统,它通过串口连接上位机,应用微处理器进行信号的调制与解调,采用双头脉冲间隔调制,无衍射光的发生使用圆锥透镜法,在接收端使用PIN光电二极管将光信号转换为电信号,再经过放大电路、整形电路和微处理器的解调,最后通过串口将数据传输给上位机。上位机通过对发送数据与接收数据的对比计算出误码率,进而给出整个系统的传输性能评价。在无衍射光的最大传输距离内,当比特率为9 600 bps时,该系统的误码率优于610-5。     

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。     

Alignment-free optical modules using solder-bump-bonding technique for free-space optical interconnections

We propose alignment-free optical modules using a solder-bump-bonding technique for constructing free-space optical interconnection systems without a special alignment procedure. Bonding pads for mounting an optoelectronic device chip are fabricated by exposing a photosensitive resin film to light traveling through the optical system of the module so that the image positions of the bonding pads on both image planes of the optical interconnection system are aligned with each other. A device chip is mounted by solder-bump bonding and is set at a proper position by the surface tension of molten solder. The effectiveness of the technique is verified by constructing alignment-free optical modules.     

Simulation research of medium-short distance free-space optical communication with optical amplification based on polarization shift keying modulation

Circular polarization shift keying (CPolSK) modulation technique has many advantages such as excellent BER performance and freedom from the alignment of polarization coordinates of the transmitter and the receiver, etc., and it turns out to be a good choice to FSO system. In this paper, a FSO system using CPolSK modulation is studied by simulation; it is found that the communication performance of the system is excellent in most weather condition. Additionally, three ways of optical signal amplification are proposed, and contrastive analysis on performance of corresponding optical amplification systems is carried out by examining SNR、BER and transmission distance with different specific attenuation. The results show that the system with optical amplifier at the transmitter have the optimum performance, and then the system with optical amplifier at the both ends with the same total gain, it is worst for the system with optical amplifier at the receiver. In addition, the safety factor for high emission power induced by optical amplification is also considered in this paper for practical application. The study above may be utilized in the system design for enhancing performance.     

基于拉曼组合放大的长距离光纤传输系统

本文改进了一种实现长距离自适应补偿光纤传输的方法.在利用光纤光栅形成的谐振腔产生激光对信号光进行拉曼放大的基础上,再利用双抽运光对信号光进行拉曼放大,从而获得更高的拉曼增益以实现更长距离的自适应补偿光纤传输.使实验自适应补偿传输距离达125km(为目前国际上已报道的最长自适应补偿光纤传输距离).实验测量并理论分析了该长距离光纤传输系统的开关增益、放大的自发辐射噪声、噪声指数和光功率分布的特性,实验结果与理论模型符合很好.     

A vision chip with column-level amplification of optical data signals for indoor optical wireless local area networks

We present a vision chip architecture with column-level photo-amplification of optical data signals for optical wireless local area networks (LANs) to reduce the pixel area. Based on the architecture, we have fabricated a prototype vision chip in a standard 0.8 μm bipolar complementary metal-oxide-semiconductor (BiCMOS) technology. The device offers position detection of other optical transceivers in the LAN and 4-ch concurrent high-speed optical data acquisition. A data rate of 400 Mbps was demonstrated. The pixel size was 125 μm square, which can be shrunk to smaller than around 60 μm square in 0.35 μm or more advanced BiCMOS or CMOS technologies.     

新型LED太阳模拟器光学系统设计及仿真

针对现有LED太阳模拟器同时解决准直性、辐照度均匀性、光谱匹配性三大技术指标的难度较高的问题,基于光电一体化二次光学设计,提出一种简便、高效且可实现大功率的LED太阳模拟器光学系统设计方法。采用小角度准直透镜和抛物面镜来整合光源,通过混光棒和微结构进行匀光,最后利用抛物面镜实现光线的准直输出,基于同轴准直的设计思想完成LED太阳模拟器的设计。利用光学软件LightTools对LED太阳模拟器光学系统进行模拟仿真与分析优化,实验结果表明:在直径为260 mm的有效辐照面上辐照不均匀度为2.5%、准直角为1.5°。     

非视线散射大气光通信的光学天线

由于大气衰减的影响,非视线散射大气光通信需要使用光学天线以提高对光信号的采集能力,进而增加通信距离。针对非视线大气光通信的需求,利用ZEMAX软件对半球透镜、复合抛物面聚光器（CPC）和卡塞格伦望远镜等光学天线进行了性能分析。分析表明：半球透镜和CPC视场较大,增益值高。利用蒙特卡罗法模拟计算了一定条件下,非视线散射光通信在有无半球透镜或CPC作光学天线时到达探测元件的能量随通信距离的变化。结果表明：CPC聚光能力更强,适合作为非视线散射光通信的光学天线。