弱湍流狀態下空間光-多模光纖耦合效率分析

陳錦妮, 柯熙政

(1.西安理工大學 自動化與信息工程學院, 陜西 西安 710048；2.西安工程大學 電子信息學院，陜西 西安 710048)

近年來，無線激光通信由于既具有微波通信靈活機動的特點，又具有光纖通信碼速率高的特點，將成為下一代通信的核心技術。光相干檢測可以大大提高系統檢測靈敏度而受到國內外關注[1-3]。空間光通信光相干檢測技術常采用兩種方法實現，850 nm波段將光信號直接接收到光敏面上與本振光相干，由于大氣湍流引起的光斑抖動和到達角起伏使光外差檢測增益大大減小[4-6]；1 550 nm波段通常將空間光耦合進單模光纖然后通過摻鉺放大器進行放大后與本振光相干，但是由于空間光耦合效率太低而導致通信誤碼率上升，嚴重時可導致通信中斷[7-8]。

大氣湍流引起的光強閃爍和光束漂移使光纖耦合系統耦合的光強發生起伏、到達角起伏使光纖端面上的菲涅爾反射光強發生改變嚴重影響了耦合效率。光信號在自由空間中經長距離傳輸到達接收端時非常微弱，當湍流引起的起伏較強時可導致嚴重的通信錯誤，甚至通信中斷[9]。2006年，Lazzaroni M利用最優化的愛里斑尺寸推導最大耦合效率與隨機角抖動的函數關系，假設衰落水平3dB、衰落概率為10-2下允許的隨機角抖動應該小于模場半徑的0.164倍，隨機角抖動下平均誤碼率顯著下降超過0.3[10]。2011年，奧地利Erich Leitgeb研究了把光錐用在FSO接收端來提高空間光耦合效率，通過理論仿真指出使用光錐比透鏡的耦合效率更高，但是，在實驗當中發現光錐的反射角度是得到高耦合效率的關鍵，并且指出耦合進多模光纖比耦合進單模光纖的效率高得多[11]。……