本书介绍无线光相干通信领域的若干最新进展。分析了影响相干检测灵敏度的多干因素，探讨了逼近相干检测极限的途径。对大气湍流引起的波前畸变进行了分析，分析了波前畸对相干探测性能的影响。提出了涡旋光相干探测的新概念，分析了信号光蜕变为部分相干光的检测问题。本书适合于应用光学以及通信工程类技术人员、研究生以及高年级大学生阅读。本书介绍无线光相干通信领域的若干最新进展。分析了影响相干检测灵敏度的多干因素，探讨了逼近相干检测极限的途径。对大气湍流引起的波前畸变进行了分析，分析了波前畸对相干探测性能的影响。提出了涡旋光相???????紊?紊?紊??捳楲瑰???
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中国电子学会会士。中国电子学会终审高级会员，中国光学学会终审高级会员，中国光学工程学会理事，陕西省光学学会常务理事
目录
前言
第1章 无线光相干通信国内外研究进展 1
1.1 无线光相干通信发展现状 1
1.1.1 无线光相干通信技术国外发展现状 1
1.1.2 无线光相干通信技术国内发展现状 6
1.2 无线光相干检测技术发展现状 7
1.2.1 无线光相干检测技术国外发展现状 7
1.2.2 无线光相干检测技术国内发展现状 8
1.3 双波长波前畸变校正系统国内外发展现状 10
参考文献 13
第2章 无线光相干通信系统 19
2.1 概述 19
2.2 无线光相干通信系统组成 19
2.2.1 信号调制 21
2.2.2 空间光-光纤耦合 25
2.2.3 光混频 26
2.2.4 双平衡检测 31
2.2.5 偏振控制 33
2.2.6 光源频率控制 36
2.2.7 信号解调 38
2.3 影响相干光通信性能的主要因素 39
2.3.1 调制驱动特性对星座图和误码率的影响 39
2.3.2 信号光偏振态的改变对中频信号幅值的影响 43
2.3.3 信号光与本振光的波前不匹配对混频效率的影响 44
2.3.4 中频信号频率随机漂移对星座图和误码率的影响 45
2.3.5 信号传输带宽与信号光功率对检测灵敏度和误码率的影响 46
参考文献 47
第3章 影响无线光相干检测性能的因素 50
3.1 直接检测与相干检测 50
3.1.1 直接检测 50
3.1.2 相干检测 51
3.2 无线光相干检测国外研究进展 53
3.3 无线光相干检测国内研究进展 57
3.4 影响无线光相干检测极限的因素 60
3.4.1 热噪声和散粒噪声 60
3.4.2 信号光的波前畸变 61
3.4.3 信号光与本振光的偏振失配 62
3.4.4 光斑尺寸偏差和光轴偏转 63
3.4.5 耦合效率 64
3.4.6 检测器的性能 65
3.4.7 前置光放大器 66
3.5 无线光相干检测发展趋势 67
3.6 无线光相干检测未来发展展望 68
参考文献 69
第4章 影响相干检测灵敏度的机制 73
4.1 检测器性能对系统检测灵敏度的影响 73
4.1.1 本振光功率对系统检测灵敏度的影响 73
4.1.2 热噪声对系统检测灵敏度的影响 77
4.1.3 光电二极管量子效率的比例系数对系统检测灵敏度的影响 78
4.2 分束器分束比对系统检测灵敏度的影响 79
4.3 光场模式匹配对系统检测灵敏度的影响 80
4.3.1 本振光为均匀分布 81
4.3.2 本振光为艾里分布 82
4.3.3 本振光为高斯分布 83
4.4 光斑尺寸对系统检测灵敏度的影响 84
4.5 对准误差对系统检测灵敏度的影响 86
4.5.1 轴向误差对系统检测灵敏度的影响 86
4.5.2 径向误差对系统检测灵敏度的影响 89
4.5.3 偏转误差对系统检测灵敏度的影响 90
4.6 部分相干EGSM光束偏振态对相干检测灵敏度的影响 92
4.6.1 部分相干EGSM光束基本理论 92
4.6.2 大气湍流下部分相干EGSM光束偏振态对相干检测灵敏度的影响 95
4.7 部分相干EGSM光束偏振态对系统性能的影响 108
4.7.1 部分相干EGSM光束非偏振态的产生 108
4.7.2 部分相干EGSM光束偏振态对系统性能的影响研究 109
4.7.3 实验结果分析 111
参考文献 114
第5章 光空间分布对混频效率的影响 116
5.1 不同空间分布光束及相干检测 116
5.1.1 不同空间分布光束 116
5.1.2 大气湍流对混频效率的影响 119
5.2 涡旋光与平面波组合模型的混频性能 122
5.2.1 信号光为平面波 123
5.2.2 信号光为涡旋光 134
5.3 大气湍流对涡旋光束相干检测性能的影响 139
5.3.1 大气湍流 139
5.3.2 系统结构 146
5.3.3 涡旋光束相干检测的增益 148
5.3.4 相干检测性能影响因素 152
5.4 涡旋光相干检测性能实验 158
5.4.1 涡旋光相干检测的实验 159
5.4.2 大气湍流对涡旋光相干检测性能的影响实验 161
参考文献 163
第6章 波前畸变对混频效率的影响 165
6.1 多光束传输相干检测原理与波前畸变产生机制 165
6.1.1 多光束传输相干检测 165
6.1.2 大气湍流 167
6.1.3 大气湍流中光信号的波前畸变 169
6.1.4 对比分析 174
6.2 波前畸变对光束传输特性的影响 177
6.2.1 模式法描述的波前畸变 177
6.2.2 圆形孔径中波前畸变影响下的光场分布模型 185
6.2.3 方形孔径中波前畸变影响下的光场分布模型 187
6.3 波前畸变对无线光相干检测系统性能的影响 189
6.3.1 波前畸变引起对准误差 189
6.3.2 波前畸变对混频效率的影响 193
6.3.3 高阶波前畸变的校正补偿算法 194
6.3.4 高阶波前畸变及其校正补偿仿真 197
6.3.5 波前畸变对无线光相干检测系统性能极限的影响 198
6.4 实验验证 204
6.4.1 室内波前畸变校正实验 205
6.4.2 外场波前畸变校正实验 207
6.4.3 1.3km多光束传输实验 209
参考文献 212
第7章 不同波长光信号波前畸变特性分析 214
7.1 不同波长光束在大气湍流中的传输 214
7.1.1 激光在大气湍流中的传输分析方法 214
7.1.2 平面波相位起伏差异分析 217
7.1.3 球面波相位起伏差异分析 221
7.2 自适应光学系统校正残差分析 223
7.2.1 自适应光学系统误差模型 223
7.2.2 变形镜的面型拟合误差 223
7.2.3 非共光路误差 224
7.2.4 波前传感器测量误差 225
7.2.5 光学元件偏振色差误差 226
7.3 弱湍流区域不同波长光束波前畸变差异分析 228
7.3.1 到达角起伏 228
7.3.2 不同波长高斯光束到达角起伏互相干函数 231
7.3.3 不同波长高斯光束波前相位数值关系 232
7.3.4 数值仿真 234
7.4 强湍流区域不同波长光束波前畸变差异分析 238
7.4.1 强湍流 238
7.4.2 强湍流区域不同波长信号光波前畸变差异误差结构函数 240
7.4.3 仿真分析 244
7.4.4 无波前传感测量误差补偿校正 248
7.5 实验验证 253
7.5.1 双波长通信系统波前畸变差异补偿校正仿真实验 253
7.5.2 1.2km实验装置及实验光路 255
7.5.3 10km自适应光学校正实验 257
7.5.4 100km自适应光学校正实验 258
7.5.5 实验结果分析 258
参考文献 261
第8章 多校正器波前畸变校正解耦控制 266
8.1 问题的提出 266
8.2 快速反射镜和变形镜 267
8.3 采用多校正器校正波前畸变 268
8.3.1 算法原理 268
8.3.2 快速反射镜和变形镜工作原理 270
8.3.3 采用快速反射镜和69单元变形镜组合的自适应光学系统 271
8.3.4 采用69单元变形镜和292单元变形镜组合的自适应光学系统 272
8.4 采用多波前校正器解耦算法校正波前畸变 273
8.4.1 算法原理 273
8.4.2 偏摆镜和69单元变形镜组合的双变形镜校正系统 276
8.4.3 69单元变形镜和69单元变形镜组合的双变形镜校正系统 280
8.5 实验验证 283
8.5.1 采用多波前校正器校正波前畸变实验验证 283
8.5.2 采用多波前校正器解耦算法校正波前畸变实验验证 284
参考文献 285
第9章 部分相干光外差检测系统 287
9.1 部分相干光外差检测系统研究现状 287
9.2 部分相干高斯-谢尔模型光束 289
9.2.1 空间-时间域 289
9.2.2 空间-频率域 291
9.3 部分相干光外差检测系统性能分析 291
9.3.1 部分相干光外差检测原理 291
9.3.2 信噪比和外差效率 293
9.3.3 影响部分相干光外差检测性能的因素分析 295
9.4 光束模式对部分相干光外差检测系统性能的影响 297
9.4.1 模式分解 297
9.4.2 光束模式对外差检测性能的影响 298
9.4.3 1.3km外差检测系统实验 299
9.5 光束偏振态对部分相干光外差检测灵敏度的影响 301
9.5.1 部分相干EGSM光束用于相干检测时的检测灵敏度 301
9.5.2 偏振态对外差检测灵敏度的影响 304
参考文献 307
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