光电所大气激光通信自适应光学技术研究取得新进展

中国科学院光电技术研究所自适应光学重点实验室在自适应光学技术应用于空间相干激光通信系统上的研究取得新进展:在实验室内实现了在中等大气湍流条件下的5Gbps的高质量空间相干激光通信效果。验证了AO技术可以提高相干激光通信系统的可用度,在水平大气、星地等链路的相干激光通信系统中有极高的应用价值。

日前,中国科学院光电技术研究所自适应光学重点实验室李新阳、耿超课题组在光纤激光相控阵技术研究方面取得新进展:以双向收发的自适应光纤准直器为基础模块,构建了整体口径100
mm的七单元激光收发阵列,于湍流环境下实现了光纤激光的相干组束和高效传输控制。

相干激光通信具有灵敏度高、潜在通信速率快、抗干扰能力强、保密性高等优点,在大容量卫星通信、本地宽带数据中转站接入等通信领域有着巨大的应用需求和广阔的市场前景,是未来实现天地一体化高速通信网络的关键技术。由于大气湍流引起的折射率起伏效应,使得信号激光的相干性严重退化,信号光波前相位出现严重畸变。对高速相干激光通信系统而言,即使是非常短时间的波前相位残差扰动造成的通信中断,都将是成千上万信息的丢失。这样,空间相干激光通信的高灵敏度、高抗干扰能力得不到体现,系统的可用度极低。

该研究中,科研人员通过对信标光的分孔径自适应耦合接收,实时校正各单元孔径发射激光传输路径上的波前倾斜像差;将以上方法与光纤激光阵列的主动锁相控制结合,实现了室内模拟动态湍流下七单元激光束于远场的相干合成。实验中所用的核心像差校正器件——自适应光纤准直器和压电光纤相位补偿器均为自适应光学重点实验室课题组自行研制,并已获得6项相关发明专利授权。相关研究成果以李枫为第一作者,发表于IEEE
Photonics Journal
澳门网赌网址, 和IEEE Photonics Technology Letters

AO技术可以快速、精确地校正大气湍流引起的波前相位畸变,恢复信号激光的相干性。光电所将AO技术引入大气相干激光通信系统,克服了大气湍流和接收机架引起的信号激光光束抖动难题,解决了平移像差实时校正问题,把大气湍流导致的破碎信号光斑恢复为接近衍射极限的艾里斑,提高了通信光的耦合效率、降低了耦合光强的闪烁效应,最终在中等大气湍流条件下建立了稳定的相干激光通信链路。

光纤激光相控阵可通过合成单元数量的扩展实现对激光发散角的压缩;同时,在体积、重量和功耗等方面优于经典的整体式单孔径激光发射技术。已有的理论和实验结果表明,以自适应光纤准直器为基础模块的光纤激光相控阵具有补偿大气湍流效应的能力。因此,激光相控阵技术在激光大气传输、空间激光通信、激光雷达等领域有着广泛的应用前景。本研究成果的意义在于,首次实现了光纤激光相控阵的共孔径高效双向收发,结合本课题组前期在基于光纤器件的相干偏振合成研究方面取得的研究成果,为激光相控阵技术的实际应用提供了重要参考。

该研究得到了国家自然科学基金委、中科院等项目的支持。

该工作得到了国家自然科学基金、中科院创新基金(CXJJ-15S096)和中科院西部青年学者等项目的支持。

澳门网赌网址 1

澳门网赌网址 2