单模光纤.doc

关于单模光纤耦合效率因素分析徐烽(湖北科技学院电子与信息工程学院,湖北咸宁437005)摘要自由空间光通信以其相对于微波通信的优势,受到了人们越来越广泛的关注。当前,充分利用现有成熟光纤通信技术是无线光通信技术重要的发展趋势,然而需要首先解决好单模光纤高效耦合这一关键问题。关键词空间光通信;单模光纤耦合效率;大气湍流;自适应光学Onsingle-modefibercouplingefficiencyfactoranalysisXuFeng(TheschoolofElectronicandInformationEngineering,HubeiTechnologyUniversity,Xianning,Hubei437005,China)muni-cation,,fullyutilizedtheexistingmaturefiber-,howtoimprovethespacelight–:unication;single-modefibercouplingefficiency;atmosphericturbulence;adaptiveoptics1引言自由空间光通信是一种新型的宽带接入技术是光通信与无线通信相结合的产物袁兼具无线通信与光通信的优点。如技术有容量大、抗干扰能力强、结构简单、组网灵活等。近年来随着地面光纤通信技术的成熟,特别是光纤放大器的出现1550nm波段空光通信具有极大发展前景遥。采用高灵敏度的前置光放大接收技术时需要将空间光耦合进单模光纤,由于大气湍流的存在,导致接收光波前相位随机起伏,引起光束抖动尧光斑漂移尧闪烁尧光束扩展等袁使地面激光通信及星地激光通信中空间光至单模光纤耦合效率严重下降遥对此袁大量理论及实验工作陆续开展。使用耦合透镜将空间光耦合进入单模光纤,采用模场匹配理论来进行耦合效率的分析。根据单模光纤模场半径选定优化的耦合透镜参数可以获得最大的耦合效率。当出现对准偏差的时候,耦合效率会出现下降。为分析通信系统性能,还要知道耦合效率与对准偏差之间的关系。2平均耦合效率单模光纤平均耦合效率是指耦合进单模光纤中的光功率(Pc)与接收孔径平面上的入射光功率(Pa)之比,即:式中:Ui(r)为接收孔径上的入射光场曰Um(r)为单模光纤模场。将公式(1)中分子项展开袁耦合效率表达式可写为:式中:为入射光场的互相干函数遥在弱湍流条件下表达式为式中:与a为光束相关参数,具体定义为k、L、W分别为波数、传播距离及接收光斑半径。,对于于准直后的高斯光束;;W0为发射端高斯光束束腰半径。将公式(3)中指数项利用高斯近似可简化为:式中:为修正的光场空间相干长度,定义式。其中,为大气折射率结构常数。在Kolmogorov湍流下,高斯光束经大气传输后至单模光纤平均耦合效率表达式为:式中:为零阶第一类修正的贝塞尔函数。式中:为接收透镜孔径;Wm为光纤端面模场半径;f为接收透镜焦距;为接收孔径面积;为入射光波的空间相干面积。为便于