專利名稱：一種大氣信道中抑制湍流影響的光源設計方法
技術領域：
本發(fā)明屬于空間激光通信領域，特別涉及一種在大氣信道中通過調節(jié)徑向光束陣列的圓環(huán)半徑來抑制湍流影響的光源設計方法，以及實現(xiàn)所述光束陣列的實驗裝置。
背景技術：
從上世紀六十年代激光問世以來，激光在單色性，方向性，相干性以及亮度方面的優(yōu)點決定了空間激光通信與Radio Frequency(RE)通信相比優(yōu)勢明顯，如傳輸碼率高，抗干擾能力強，安全性高，頻率不受管制，設備體積小，能耗低。人們已經開始對星地、空空等激光鏈路開展理論仿真，與此同時也開展了關鍵技術以及演示實驗等研究工作。大氣湍流是一種非均勻的隨機介質，通常看做包含各種尺度渦旋的集合，當激光通過大氣湍流時，波陣面與渦旋相互作用，導致光波產生到達角起伏、漂移、擴展和光強起伏等湍流效應，對空間激光通信系統(tǒng)的速率、帶寬和誤碼率等都將產生影響。因此，激光的大氣傳輸效應(李曉峰，蔣大鋼，鄧科，胡瑋，一種大氣信道中光波傳輸特性的測試方法，專利申請?zhí)?01010115486. 5)和大氣湍流參數(shù)測量(張彬，但有全，潘平平，齊娜，基于M2因子和光閃爍指數(shù)確定大氣湍流參數(shù)方法及裝置，專利申請?zhí)?201010533777. 6)越來越受到人們的重視，成為空間激光通信技術領域研究的熱點。同時， 廣泛應用于高功率系統(tǒng)和慣性約束核聚變中的光束陣列也被引入到大氣傳輸研究中，主要研究了線性和徑向光束陣列的光束展寬和光束質量(M2-因子和瑞利距離)等，如文獻 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，如果能研究出一種確定最優(yōu)光束陣列參數(shù)的簡單而準確的方法，以及實現(xiàn)所述方法的實驗裝置，那么對提高空間激光通信質量將具有重要意義，這正是本發(fā)明的任務所在。

發(fā)明內容
1、目的本發(fā)明的目的是研究一種大氣信道中抑制湍流影響的光源設計方法，以及實現(xiàn)所述方法的實驗裝置，該光源的設計能夠抑制大氣湍流對光傳輸?shù)挠绊?，對提高空間激光通信質量具有重要意義，同時該光源的設計是可調的。2、技術方案本發(fā)明的基本思想是從光傳輸?shù)幕纠碚摮霭l(fā)，采用非柯爾莫哥洛夫大氣湍流模型和徑向高斯光束陣列，如

圖1所示，研究接收端的均方根光束寬度。在相干合成的情況下，發(fā)射端的交叉譜密度函數(shù)為W(。)(Wl,x2,y = 0) = g|;exp[-i ^fc^f
w=0 n=0狄0
權利要求
1.一種大氣信道中抑制湍流影響的光源設計方法，主要包括以下步驟1)發(fā)射端光源為徑向光束陣列；2)發(fā)射端激光經大氣信道傳輸后，根據(jù)廣義惠更斯-菲涅爾原理，得到接收端的平均光強；3)根據(jù)均方根光束寬度的定義式，由接收端的平均光強得到接收端的均方根光束寬度，簡稱光束寬度；4)通過對光束寬度的分析，得到最優(yōu)的光束陣列參數(shù)；5)發(fā)射端根據(jù)得到的最優(yōu)的光束陣列參數(shù)完成對光源的設計。
2.一種根據(jù)權利要求1所述的光源設計方法，其特征在于徑向光束陣列的圓環(huán)半徑可調，光束陣列的每個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-謝爾光束。
3.一種根據(jù)權利要求2所述的光源設計方法，其特征在于存在對應于光束寬度極小值的最優(yōu)的光束陣列參數(shù)。
4.一種根據(jù)權利要求3所述的光源設計方法，其特征在于當光束數(shù)足夠大時，最優(yōu)的光束陣列等價于空心光束，因此，產生實現(xiàn)上述最優(yōu)的光束陣列功能的空心光束需要滿足在亮環(huán)半徑不變的情況下，空心區(qū)域半徑可調。
5.一種根據(jù)權利要求4所述的光源設計方法，其特征在于空心光束是用一根多模光纖產生的。
6.一種根據(jù)權利要求5所述的光源設計方法，其特征在于在產生空心光束的過程中， 可以用旋轉的毛玻璃片來改變產生的空心光束的相干度。
7.一種根據(jù)權利要求6所述的光源設計方法，其特征在于在產生空心光束的過程中， 可以通過增加多模光纖的長度來提高空心光束的質量。
8.一種根據(jù)權利要求7所述的光源設計方法，其特征在于在產生空心光束的過程中， 可以通過改變入射角θ和偏移量來產生實現(xiàn)上述最優(yōu)的光束陣列功能的空心光束，即在空心光束的亮環(huán)半徑不變的情況下，空心區(qū)域的半徑可調。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種新型的光源設計方法，可以實現(xiàn)抑制大氣湍流對通信質量影響的目的，屬于空間激光通信領域。在本發(fā)明中，發(fā)射端光源采用徑向光束陣列，發(fā)射端的激光經大氣信道傳輸后，依據(jù)光傳輸原理，得到接收端的均方根光束寬度，簡稱光束寬度。通過對光束寬度的分析，得到對應于光束寬度極小值的最優(yōu)的光束陣列參數(shù)，發(fā)射端據(jù)此完成對光束陣列的優(yōu)化。此外，我們的研究還表明，當光束數(shù)足夠大時，最優(yōu)的徑向光束陣列等價于空心光束，因此，產生實現(xiàn)上述最優(yōu)的光束陣列功能的空心光束需要滿足在亮環(huán)半徑不變的情況下，空心區(qū)域半徑可調，這是本發(fā)明的又一重要研究成果。本發(fā)明的光源設計方法對提高空間激光通信質量具有重要意義。
文檔編號G02B27/00GK102289076SQ20111022055
公開日2011年12月21日 申請日期2011年8月2日 優(yōu)先權日2011年8月2日
發(fā)明者唐華, 朱彤, 歐寶林, 王寶強 申請人:北京航空航天大學