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单波长 通信终端的隔离度

高伟饶,董科研,江伦

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高伟饶, 董科研, 江伦. 单波长 通信终端的隔离度[J]. , 2023, 16(5): 1137-1148. doi: 10.37188/CO.2022-0253
引用本文: 高伟饶, 董科研, 江伦. 单波长 通信终端的隔离度[J]. , 2023, 16(5): 1137-1148.doi:10.37188/CO.2022-0253
GAO Wei-rao, DONG Ke-yan, JIANG Lun. Isolation of single wavelength laser communication terminals[J]. Chinese Optics, 2023, 16(5): 1137-1148. doi: 10.37188/CO.2022-0253
Citation: GAO Wei-rao, DONG Ke-yan, JIANG Lun. Isolation of single wavelength laser communication terminals[J].Chinese Optics, 2023, 16(5): 1137-1148.doi:10.37188/CO.2022-0253

单波长 通信终端的隔离度

doi:10.37188/CO.2022-0253
基金项目:国家自然科学基金资助项目(No. U2141231,No. 91838301)
详细信息
    作者简介:

    高伟饶(1993—),男,吉林长春人,硕士研究生,2023年于长春理工大学光电工程学院获得硕士学位,主要研究方向为空间 通信。E-mail:1195671019@qq.com

    董科研(1980—),男,吉林长春人,博士,研究员,博士生导师,主要从事光学系统设计、 通信和光谱仪器设计等方面的研究。E-mail:dongkeyan@163.com

    江 伦(1984—),男,吉林长春人,博士,副研究员,博士生导师,2012于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位,主要从事光学系统设计、空间光学与空间光通信技术的研究。E-mail:jlciomp @163.com

  • 中图分类号:TN929.13

Isolation of single wavelength laser communication terminals

Funds:Supported by National Natural Science Foundation of China (No.U2141231, No.91838301)
More Information
  • 摘要:

    单波长 通信终端之间数据通信时,信号传输与接收间良好的隔离性能是建立双工双向 通信的关键。本文针对单个 波长 通信端机的传输与接收方案,以及 通信终端整体的通信性能,分析了关键元器件的表面粗糙度和表面清洁度水平对 通信终端隔离性能的影响。通过Harvey模型、ABg模型推导模型参数。利用TracePro软件对所设计的方案进行分析。得出以下结论:当信号传输通道中 λ /2波片、 λ /4波片和光学天线结构的表面粗糙度变好或者表面清洁度提升时,元件带来的后向散射会降低信号传输通道内的隔离性能。同时, 通信终端隔离度的测量结果为77.86 dB,与软件仿真结果78.35 dB基本一致,这一结果可以应用于 通信系统。

  • 图 1 通信整体结构

    Figure 1.Structure of the laser communication system

    图 2Harvey模型与ABg模型

    Figure 2.Harvey and ABg models

    图 3CL分别为200、400、600、800时对应的Nβ1之间关系

    Figure 3.The relationship betweenNandβ1when CL are 200, 400, 600 and 800, respectively

    图 4光学设计整体布局图

    Figure 4.Overall layout diagram of optical design

    图 5光学系统的MTF曲线

    Figure 5.MTF of the designed optical system

    图 6光学机械结构

    Figure 6.Optical-mechanical structures

    图 7不同表面粗糙度下的端机接收面光通量。(a)3 nm;(b)6 nm;(c)9 nm;(d)12 nm;(e)15 nm

    Figure 7.The luminous flux of the receiving surfaces under different surface roughnesses. (a) 3 nm; (b) 6 nm; (c) 9 nm; (d) 12 nm; (e) 15 nm

    图 8不同表面粗糙度下的端机隔离度曲线

    Figure 8.Isolation curve under different surface roughnesses

    图 9不同表面粗糙度端机隔离度Matlab曲线

    Figure 9.Matlab curve of end machine’s isolation with surface roughness

    图 10不同的清洁度水平端机接收面光通量。(a)CL=200;(b)CL=400;(c)CL=600;(d)CL=800

    Figure 10.The luminous flux of the receiving surface with different contamination levels. (a)CL=200; (b)CL=400; (c)CL=600; (d)CL=800

    图 11不同清洁度水平的隔离度曲线

    Figure 11.Isolation curve of different contamination level

    图 12不同清洁度水平的隔离度Matlab曲线

    Figure 12.Matlab curve of isolation with different contamination levels

    图 13 通信终端隔离度双变量分析图

    Figure 13.Two-variable analysis diagram of laser communication terminal isolation

    图 14不同表面清洁度BRDF曲线

    Figure 14.BRDF curves of different contamination levels

    图 15粗糙度为0.5 nm端机接收面光通量

    Figure 15.Terminal’s receiving surface light flux with surface roughness of 0.5 nm

    图 16隔离度测试端机

    Figure 16.Isolation test setup

    表 1不同表面粗糙度ABg模型参数

    Table 1.ABg model parameters for different surface roughnesses

    表面粗糙度(nm) A B g
    3 4.2365×10−5 4.4415×10−5 1.55
    6 1.6940×10−4 4.4415×10−5 1.55
    9 3.8130×10−4 4.4415×10−5 1.55
    12 6.7787×10−4 4.4415×10−5 1.55
    15 1.0580×10−3 4.4415×10−5 1.55
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    表 2不同表面粗糙度光学天线ABg模型参数

    Table 2.ABg model parameters of the optical antenna with different surface roughnesses

    表面粗糙度(nm) A B g
    主镜 3 3.0643×10−5 4.4415×10−5 1.55
    6 1.2257×10−4 4.4415×10−5 1.55
    9 2.7579×10−4 4.4415×10−5 1.55
    12 4.8737×10−4 4.4415×10−5 1.55
    15 7.6152×10−4 4.4415×10−5 1.55
    次镜 3 4.0426×10−5 4.4415×10−5 1.55
    6 1.6171×10−4 4.4415×10−5 1.55
    9 3.6384×10−4 4.4415×10−5 1.55
    12 6.4682×10−4 4.4415×10−5 1.55
    15 1.0106×10−3 4.4415×10−5 1.55
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    表 3不同清洁度(CL)ABg模型参数

    Table 3.ABg model parameters for different contamination levels

    表面清洁度CL A B g
    200 7.237×10−6 6.102×10−5 1.5
    400 1.685×10−4 6.102×10−5 1.5
    600 1.271×10−3 6.102×10−5 1.5
    800 5.769×10−3 6.102×10−5 1.5
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    表 4光学设计指标

    Table 4.Optical design indexes

    指标 参数
    倍率 10×
    入瞳直径/mm 75
    设计波长/nm 1550
    最大接收视场/mrad 5
    发射功率/dBm 33
    接收器灵敏度 −45 dBm@10 Gbps
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    表 5隔离度测试结果

    Table 5.Test results of isolation

    1 2 3 平均值
    发射功率/dBm 28 29 30
    通信接收功率/dBm −49.8 −49.0 −47.8
    隔离度/dB 77.8 78.0 77.8 77.86
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出版历程
  • 收稿日期:2022-12-12
  • 录用日期:2023-04-04
  • 修回日期:2023-01-06
  • 网络出版日期:2023-05-05

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