基于部分相干光的自由空间通信

作     者：孙志文 

作者单位：长春理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王天枢

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：自由空间光通信 超连续谱 部分相干光 

摘      要：自由空间光（FSO）通信具有通信速率高、保密性好、抗电磁干扰、安装方便、功耗低及无需电磁频谱许可等优点,广泛应用于保密通信、临时通信链路搭建等方面。但是,光束在大气信道中传输时会受大气湍流干扰产生光强闪烁、光束扩展及到达角起伏降低通信性能。因此,如何减小大气湍流对自由空间光通信的影响是目前无线光通信研究的重点之一。本文针对以上内容,设计了基于超连续谱的部分相干光自由空间通信系统,并实验研究了其大气湍流信道传输特性。本文主要完成了以下工作:1、详细的分析了光的相干性和超连续谱产生原理,采用脉宽压缩后的放大二级管脉冲作为泵浦源泵浦高非线性光纤产生部分相干超连续谱光源。放大二级管脉冲经过拉曼增益孤子压缩结构后,脉宽由40ps变为3.5 ps,重频为4GHz。使用该超快脉冲泵浦高非线性光纤产生了谱宽超过200nm的超连续谱。利用迈克尔逊干涉仪对所获超连续谱的相干性进行测量分析。实验证明,所获超连续谱具有时间部分相干性,且相干性随着泵浦脉宽的减小而降低。2、选取了超连续谱的最佳调制波段,对该波段光源的信噪比进行了优化提升。测量了超连续谱1540-1560nm、1560-1580nm和1580-1600nm三个适合调制波段的光源的信噪比,1560-1580nm波段光源信噪比最高,为12.43d B。通过抑制放大自发辐射噪声和优化泵浦功率结合的方法对该波段的信噪比进行改善,信噪比提升了10.02d B。使用迈克尔逊干涉仪对信噪比提升后的光源的相干度进行测量,其相干度为0.14。3、对优化前后的部分相干光源及相干光源在大气湍流模拟信道进行4Gbit/s的数据传输。测量了这三种光源的闪烁指数、眼图、信噪比和误码率。在（35）T（28）240℃大气湍流信道,优化前后部分相干光源的信噪比分别为4.48 d B,和8.15 d B,灵敏度分别为-38.9d Bm和-40.4d Bm。和相干光源相比较,优化后的部分相干光源闪烁指数降低了31%,两者的信噪比分别为5.20d B和8.15d B,接收灵敏度分别为-37.5d Bm和-40.4 d Bm。实验证明,优化后的部分相干光源的通信性能和湍流抑制性能均显著提升。