光子晶体光学天线与耦合系统研究

发布时间：2023-04-25 00:08

　　空间激光通信是利用激光作为载体进行数据传输的一种无线通信方式,具有信息容量大、电磁兼容能力强、保密性好、通信器件尺寸小易集成等优点,在半个多世纪的时间里受到了广泛的关注。美国、欧洲和日本等国家和地区在该领域持续投入研究并取得了丰厚的成果,我国在该领域起步较晚处于追赶阶段,近些年来取得了不错的进展。光学天线是空间光通信中的核心器件,激光信号的发射和接收都要通过光学天线来完成,因此光学天线的性能好坏直接影响空间光通信的通信距离、传输效率、稳定性等关键指标。本论文主要研究空间光通信中的光学天线以及光学器件之间的耦合问题,目的是提高光学天线的传输效率,主要内容如下:(1)简要阐述了半导体激光器的工作机理,分析了半导体激光器发出的高斯光束的传输特性和发散特性,在此基础上探讨了双透镜的准直系统对高斯光束的准直。(2)对比分析了不同类型的光学天线的优缺点,反射式光学天线在空间激光通信中优势明显。运用矢量折反射定律设计了卡塞格伦型发射天线和接收天线组成的天线耦合系统并进行了三维光线追迹。发射天线和接收天线在对准过程中难免会产生偏差,文中对接收天线的偏差引起的耦合效率变化进行了分析;针对光学天线反射面反...

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 课题背景
    1.3 国内外光学天线以及空间光通信研究现状
        1.3.1 国外光学天线以及空间光通信研究状况
        1.3.2 国内光学天线以及空间光通信研究状况
        1.3.3 空间激光通信未来发展趋势
    1.4 光子晶体在光学天线上的应用
    1.5 本文结构和内容安排
第二章 激光传输基本理论分析
    2.1 半导体激光器的工作机理
        2.1.1 粒子数反转分布条件
        2.1.2 半导体激光器工作的阈值条件
    2.2 半导体激光的传输特性
    2.3 半导体激光的发散特性
    2.4 半导体激光束的准直
    2.5 本章小结
第三章 光子晶体光学天线与耦合系统设计
    3.1 光学天线结构选择
    3.2 卡塞格伦天线系统设计
        3.2.1 矢量反射定律应用于天线及耦合系统设计
        3.2.2 卡塞格伦天线系统设计与耦合分析
        3.2.3 卡塞格伦光学天线阵列设计
    3.3 光子晶体在光学天线上的应用
    3.4 本章小结
第四章 离轴光学天线设计
    4.1 基于矢量反射定律的自由曲面设计方法
    4.2 离轴光学天线设计
    4.3 本章小结
第五章 光子晶体卡塞格伦光学天线传输效率优化分析
    5.1 光子晶体卡塞格伦光学天线中心遮挡问题
    5.2 利用螺旋结构菲涅尔波带片产生空心光束
        5.2.1 螺旋菲涅尔波带片结构
        5.2.2 衍射理论分析
        5.2.3 螺旋菲涅尔波带片产生空心光束仿真分析
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 主要工作总结
    6.2 研究展望
致谢
参考文献
研究成果



本文编号：3800303