论文摘要
自由空间光通信结合了光纤通信和微波通信的优势,已成为一种新兴的宽带无线通信方式,受到了人们的广泛关注。各发达国家对卫星轨道之间,空地,地空,地地等各种形式的自由空间光通信系统进行了广泛的研究,有一些国家已经推出了商业化产品。随着自由空间光通信技术的发展,研究者的目光逐渐转向利用1550nm波段成熟光纤通信技术扩大通信容量和降低成本的系统。本文这是在这样的研究背景中提出了一种新型光学天线通信系统,并对其光学耦合部分进行了详细的分析。本文中的光学耦合系统主要分为两部分:第一,高斯光束通过光学天线后与光纤耦合;第二,多路光信号耦合到一根多模光纤中。对于第一部分耦合系统,本文从高斯光束传播理论出发,模拟了高斯光束通过光学元件与多模光纤耦合,并讨论了耦合光斑与光纤芯径位置的偏移对耦合效率有何影响;通过优化耦合透镜相对孔径,实现了较高效率的耦合。理论计算表明,当透镜分别为0.3100和0.3700时,1310nm激光最大耦合效率为81.45%,1550nm激光最大耦合效率82.54%。而对于第二部分耦合系统,本文从光波导理论出发,建立了N×1光纤耦合器的理想模型,并讨论光功率在耦合区的传播特性,分析了实际光学耦合系统的耦合损耗。最终估算出整个光学无线通信系统的总耦合效率为58%,这基本达到系统性能设计指标。