本发明专利技术提出了一种新型的光源设计方法，可以实现抑制大气湍流对通信质量影响的目的，属于空间激光通信领域。在本发明专利技术中，发射端光源采用径向光束阵列，发射端的激光经大气信道传输后，依据光传输原理，得到接收端的均方根光束宽度，简称光束宽度。通过对光束宽度的分析，得到对应于光束宽度极小值的最优的光束阵列参数，发射端据此完成对光束阵列的优化。此外，我们的研究还表明，当光束数足够大时，最优的径向光束阵列等价于空心光束，因此，产生实现上述最优的光束阵列功能的空心光束需要满足在亮环半径不变的情况下，空心区域半径可调，这是本发明专利技术的又一重要研究成果。本发明专利技术的光源设计方法对提高空间激光通信质量具有重要意义。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于空间激光通信领域，特别涉及一种在大气信道中通过调节径向光束阵列的圆环半径来抑制湍流影响的光源设计方法，以及实现所述光束阵列的实验装置。
技术介绍
从上世纪六十年代激光问世以来，激光在单色性，方向性，相干性以及亮度方面的优点决定了空间激光通信与Radio Frequency(RE)通信相比优势明显，如传输码率高，抗干扰能力强，安全性高，频率不受管制，设备体积小，能耗低。人们已经开始对星地、空空等激光链路开展理论仿真，与此同时也开展了关键技术以及演示实验等研究工作。大气湍流是一种非均勻的随机介质，通常看做包含各种尺度涡旋的集合，当激光通过大气湍流时，波阵面与涡旋相互作用，导致光波产生到达角起伏、漂移、扩展和光强起伏等湍流效应，对空间激光通信系统的速率、带宽和误码率等都将产生影响。因此，激光的大气传输效应(李晓峰，蒋大钢，邓科，胡玮，一种大气信道中光波传输特性的测试方法，专利申请号201010115486. 5)和大气湍流参数测量(张彬，但有全，潘平平，齐娜，基于M2因子和光闪烁指数确定大气湍流参数方法及装置，专利申请号 201010533777. 6)越来越受到人们的重视，成为空间激光通信
研究的热点。同时， 广泛应用于高功率系统和惯性约束核聚变中的光束阵列也被引入到大气传输研究中，主要研究了线性和径向光束阵列的光束展宽和光束质量(M2-因子和瑞利距离)等，如文献 P. Zhou, Y. Ma, X. Wang, H. Zhao, and Ζ. Liu, Opt. Lett. 35，1043-1045，2010 和 X. Li，X. Ji, and F. Yang, Optics&Laser Technology 42，604-609，2010。因此，如果能研究出一种确定最优光束阵列参数的简单而准确的方法，以及实现所述方法的实验装置，那么对提高空间激光通信质量将具有重要意义，这正是本专利技术的任务所在。
技术实现思路
1、目的本专利技术的目的是研究，以及实现所述方法的实验装置，该光源的设计能够抑制大气湍流对光传输的影响，对提高空间激光通信质量具有重要意义，同时该光源的设计是可调的。2、技术方案本专利技术的基本思想是从光传输的基本理论出发，采用非柯尔莫哥洛夫大气湍流模型和径向高斯光束阵列，如附图说明图1所示，研究接收端的均方根光束宽度。在相干合成的情况下，发射端的交叉谱密度函数为W(。)(Wl,x2,y = 0) = g|;exp[-i ^fc^fw=0 n=0狄0权利要求1.，主要包括以下步骤1)发射端光源为径向光束阵列；2)发射端激光经大气信道传输后，根据广义惠更斯-菲涅尔原理，得到接收端的平均光强；3)根据均方根光束宽度的定义式，由接收端的平均光强得到接收端的均方根光束宽度，简称光束宽度；4)通过对光束宽度的分析，得到最优的光束阵列参数；5)发射端根据得到的最优的光束阵列参数完成对光源的设计。2.一种根据权利要求1所述的光源设计方法，其特征在于径向光束阵列的圆环半径可调，光束阵列的每个子光束可以是完全相干光，如高斯光束，也可以是部分相干光，如高斯-谢尔光束。3.一种根据权利要求2所述的光源设计方法，其特征在于存在对应于光束宽度极小值的最优的光束阵列参数。4.一种根据权利要求3所述的光源设计方法，其特征在于当光束数足够大时，最优的光束阵列等价于空心光束，因此，产生实现上述最优的光束阵列功能的空心光束需要满足在亮环半径不变的情况下，空心区域半径可调。5.一种根据权利要求4所述的光源设计方法，其特征在于空心光束是用一根多模光纤产生的。6.一种根据权利要求5所述的光源设计方法，其特征在于在产生空心光束的过程中， 可以用旋转的毛玻璃片来改变产生的空心光束的相干度。7.一种根据权利要求6所述的光源设计方法，其特征在于在产生空心光束的过程中， 可以通过增加多模光纤的长度来提高空心光束的质量。8.一种根据权利要求7所述的光源设计方法，其特征在于在产生空心光束的过程中， 可以通过改变入射角θ和偏移量来产生实现上述最优的光束阵列功能的空心光束，即在空心光束的亮环半径不变的情况下，空心区域的半径可调。全文摘要本专利技术提出了一种新型的光源设计方法，可以实现抑制大气湍流对通信质量影响的目的，属于空间激光通信领域。在本专利技术中，发射端光源采用径向光束阵列，发射端的激光经大气信道传输后，依据光传输原理，得到接收端的均方根光束宽度，简称光束宽度。通过对光束宽度的分析，得到对应于光束宽度极小值的最优的光束阵列参数，发射端据此完成对光束阵列的优化。此外，我们的研究还表明，当光束数足够大时，最优的径向光束阵列等价于空心光束，因此，产生实现上述最优的光束阵列功能的空心光束需要满足在亮环半径不变的情况下，空心区域半径可调，这是本专利技术的又一重要研究成果。本专利技术的光源设计方法对提高空间激光通信质量具有重要意义。文档编号G02B27/00GK102289076SQ20111022055公开日2011年12月21日 申请日期2011年8月2日 优先权日2011年8月2日专利技术者唐华, 朱彤, 欧宝林, 王宝强 申请人:北京航空航天大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种大气信道中抑制湍流影响的光源设计方法，主要包括以下步骤：１）发射端光源为径向光束阵列；２）发射端激光经大气信道传输后，根据广义惠更斯－菲涅尔原理，得到接收端的平均光强；３）根据均方根光束宽度的定义式，由接收端的平均光强得到接收端的均方根光束宽度，简称光束宽度；４）通过对光束宽度的分析，得到最优的光束阵列参数；５）发射端根据得到的最优的光束阵列参数完成对光源的设计。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：唐华，欧宝林，王宝强，朱彤，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11
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