《級聯液晶光調製的雷射傳輸大氣湍流效應的仿真研究》是依託武漢大學，由單欣擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：級聯液晶光調製的雷射傳輸大氣湍流效應的仿真研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：單欣
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
由於具有相位的編程控制功能，液晶光調製器能夠對雷射經大氣湍流後的畸變相位屏實現可控地、動態地、重複性地仿真。本項目將採用多個液晶光調製器級聯的方式對大氣湍流效應進行仿真研究。該方式能突破單一相位屏模擬方式的局限，對各種鏈路中不同強度的湍流進行準確的模擬；除此之外，它還能實現對湍流大氣參數的獨立控制。項目中，我們不僅將完成級聯液晶光調製的湍流靜態相位屏仿真，還將對湍流仿真研究中經常被忽略的動態演變過程進行專門研究，並在實驗室內建立級聯液晶光調製的大氣湍流仿真平台。基於此平台，可避免費用高昂的外場試驗，實現對雷射傳輸大氣湍流效應的常態化研究，有助於深入了解湍流大氣對空間雷射通信系統性能的影響。
結題摘要
隨著信息獲取類衛星數據量的劇增及傳輸實時性需求的增強，空間雷射通信已經逐步取代傳統的微波通信，成為信息傳輸領域的研究熱點。雷射通信具有更大的通信容量，更小的功耗和載荷，且不受其他頻段的干擾等優點，但是空間雷射通信中大氣信道的隨機特性會給通信系統的可靠性和穩定性帶來諸多問題。由於破壞了雷射光束的波前相位，湍流大氣會導致通信接收系統出現光斑抖動、光功率起伏等現象，從而降低通信性能。大氣湍流效應能否得到有效抑制，將直接影響空間雷射通信套用效果。因此，研究雷射傳輸大氣湍流效應具有十分重要的科學意義。 本項目針對以上的科學問題，對大氣湍流效應開展了深入研究。主要圍繞以下三方面進行： 1、開展了大氣湍流相位屏的數值模擬研究，研究包括了湍流靜態屏和動態屏，且涵蓋了Kolmogorov湍流和Non-Kolmogorov湍流多種不同的模型。針對湍流靜態相位屏的三種數值模擬方法（功率譜反演法、Zernike多項式法和分形法），深入研究對比其在模擬精度、時間複雜度、適用範圍、仿真效果等方面的優劣，發現功率譜反演法具有更為廣泛的適應性，而分形法在時間複雜度上更具優勢。針對湍流凍結法產生的動態相位屏數量有限這一問題，研究了一種新的實現方案——樣條插值法，通過實驗發現該方法不僅能實現湍流的動態模擬，且具有更高的效率。 2、開展了雷射大氣湍流傳輸的數值仿真和模擬實驗研究。通過數值仿真的方法，研究雷射經多層畸變相位屏後的接收光場變化，並對數值模擬結果進行了統計分析。結果發現相位屏位置的設定對最後的統計結果影響不大，不足以體現其在任何特定位置上的優越性，為後續實驗模擬打下良好基礎。搭建了基於液晶空間光調製器的室內湍流模擬平台。對液晶器件的非線性相位調製進行校正，在此基礎上利用數值模擬的相位屏和光學級聯放大，實現3.4km的雷射大氣傳輸模擬實驗，並對接收光斑的閃爍係數和達到角起伏特性進行了分析。開展了外場遠距離雷射大氣傳輸實驗，對3.4km水平鏈路進行遠場光斑的採集和分析，並將結果與室內模擬結果進行對比，驗證了室內模擬數據的有效性。 3、基於湍流模擬平台，研究了湍流對雷射通信誤碼性能的影響。採集了不同湍流強度下的通信系統接收光強起伏和到達角起伏變化，分析發現誤碼率隨著湍流強度的增大而逐漸減小，符合湍流理論的預測。另外，圍繞雷射通信系統特點，項目還開展了湍流對跟蹤系統影響的相關研究。
