激光器线宽对空间相干光通信系统性能的影响.pdf
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第 ３８卷 第 ７期
２０１７年 ７月
仪 器 仪 表 学 报
ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ
Ｖｏｌ３８Ｎｏ７
Ｊｕｌ．２０１７
收稿日期：２０１７０２ ＲｅｃｅｉｖｅｄＤａｔｅ：２０１７０２
基金项目：国家自然科学基金（６１３７７０８０）、陕西省“１３１１５”科技统筹计划（２０１１ＫＴＣＱ０１３１）、陕西省教育厅产业化培育基金（２０１０ＪＣ１７）项目
资助
激光器线宽对空间相干光通信系统性能的影响
孔英秀
１，２
，柯熙政
１
，杨 媛
１
（１．西安理工大学自动化与信息工程学院 西安 ７１００４８；２．西安工业大学光电工程学院 西安 ７１００２１）
摘 要：空间相干光通信系统的信噪比受激光器线宽的影响很大。对比分析了两光束到达平衡探测器光敏面的时间差
τ
ｄ
和探
测器特性参数不同时，激光器线宽对外差探测输出信噪比的影响。理论分析和实验结果表明，激光器线宽展宽引起差频信号带
宽增大与
τ
ｄ
无关。当差频信号带宽增大 ２．６７３倍时，输出信噪比减小 ０．３６９２倍，约等于 １／２．６７３。增大探测器的内增益、响应
度和响应带宽，可以减缓信噪比随激光器线宽增大而减小的速度，但内增益和响应带宽过大，相应的噪声信号也越强，反而不利
于信噪比的提高。
关键词：空间相干光通信；激光器线宽；外差探测；信噪比；相干时间
中图分类号：ＴＨ７４１ ＴＮ９２９．１２ 文献标识码：Ａ 国家标准学科分类代码：５１０．９９
Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｌａｓｅｒｌｉｎｅｗｉｄｔｈｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｐａｃｅｃｏｈｅｒｅｎｔ
ｏｐｔｉｃａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ
ＫｏｎｇＹｉｎｇｘｉｕ
１，２
，ＫｅＸｉｚｈｅｎｇ
１
，ＹａｎｇＹｕａｎ
１
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ′ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ′ａｎ７１００４８，Ｃｈｉｎａ；
２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ′ａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ′ａｎ７１００２１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｉｇｎａｌｔｏｎｏｉｓｅｒａｔｉｏ（ＳＮＲ）ｏｆｓｐａｃｅｃｏｈｅｒｅｎｔｏｐｔｉｃａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓｇｒｅａｔｌｙｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｔｈｅｌａｓｅｒｌｉｎｅｗｉｄｔｈ．
ＴｈｉｓｐａｐｅｒｃｏｍｐａｒｅｓａｎｄａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｌａｓｅｒｌｉｎｅｗｉｄｔｈｏｎｔｈｅＳＮＲｏｆｔｈｅｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｕｔｐｕｔｗｈｅｎｔｈｅｔｉｍｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ
τ
ｄ
ｔｈａｔｔｗｏｂｅａｍｓａｒｒｉｖｅａｔｔｈｅｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｂａｌａｎｃｅｄｄｅｔｅｃｔｏｒａｎｄｔｈｅｄｅｔｅｃｔｏｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒａｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔ．
Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｉｇｎａｌｂａｎｄｗｉｄｔｈｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｃａｕｓｅｄｂｙｌａｓｅｒｌｉｎｅｗｉｄｔｈ
ｂｒｏａｄｅｎｉｎｇｉｓｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｗｉｔｈ
τ
ｄ
．Ｗｈｅｎｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｉｇｎａｌｂａｎｄｗｉｄｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｓｂｙ２．６７３ｔｉｍｅｓ，ｔｈｅｏｕｔｐｕｔＳＮＲ
ｄｅｃｒｅａｓｅｓｂｙ０．３６９２ｔｉｍｅｓ，ｗｈｉｃｈｉｓａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙｅｑｕａｌｔｏ１／２．６７３．Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｇａｉｎ，ｒｅｓｐｏｎｓｅｄｅｇｒｅｅａｎｄｒｅｓｐｏｎｓｅ
ｂａｎｄｗｉｄｔｈｏｆｔｈｅｄｅｔｅｃｔｏｒｃａｎｓｌｏｗｄｏｗｎｔｈｅＳＮＲｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｓｐｅｅｄａｓｔｈｅｌａｓｅｒｌｉｎｅｗｉｄｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｓ；ｈｏｗｅｖｅｒ，ｗｈｅｎｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｇａｉｎａｎｄ
ｒｅｓｐｏｎｓｅｂａｎｄｗｉｄｔｈａｒｅｔｏｏｌａｒｇｅ，ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｎｏｉｓｅｓｉｇｎａｌｉｓａｌｓｏｓｔｒｏｎｇｅｒ，ｗｈｉｃｈｉｓｎｏｔｂｅｎｅｆｉｔｔｏｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅＳＮＲ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｐａｃｅｃｏｈｅｒｅｎｔｏｐｔｉｃａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｌａｓｅｒｌｉｎｅｗｉｄｔｈ；ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｓｉｇｎａｌｔｏｎｏｉｓｅｒａｔｉｏ（ＳＮＲ）；ｃｏｈｅｒｅｎｔｔｉｍｅ
１ 引 言
空间相干光通信系统在接收端采用外差探测方式，
是将接收信号的频率从 １０
１４
Ｈｚ的光频域转换到 １０
８
～
１０
９
Ｈｚ的电频域，探测两光束的差频信号
［１５］
。差频信号
的频率要比光源频率低 １０
５
～１０
６
个数量级，这就要求激
光器输出的光信号不但要有稳定的中心频率，且谱线宽
度要求很窄
［６７］
。在光频域范围内，激光器中心波长和谱
线宽度的微小漂移，会引起差频信号带宽的急剧增加，数
量级会达到几十 ＧＨｚ以上
［８］
。为了探测有效的差频信
号，势必要增大探测器的响应带宽，这就无法体现外差探
测滤波性能好的优点
［９１２］
。基于此，文献［８］介绍了零差
探测中光放大器的个数对激光器线宽的影响，得出在比
特率、误码率和功率分光比一定的情况下，光放大器的个
数越少对激光器的线宽要求越严格；文献［１３］介绍了光
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