研究背景

       受限于地面引力波探測器的臂長及振動噪聲，激光干涉引力波天文臺（LIGO）等地面探測器主要關(guān)注kHz頻段的引力波信息。為探測更為豐富的mHz頻段引力波，如中等質(zhì)量黑洞并合及中等質(zhì)量黑洞雙星繞轉(zhuǎn)等，空間引力波探測計(jì)劃應(yīng)運(yùn)而生，主要任務(wù)包括歐美的LISA計(jì)劃及我國的太極計(jì)劃、天琴計(jì)劃等。

        空間引力波探測利用星間激光干涉技術(shù)測量引力波引起的星間pm級位移波動，進(jìn)而反演引力波信息。受限于衛(wèi)星載荷重量及功耗，激光干涉測量系統(tǒng)高度集成多種功能。在完成干涉測距的前提下，需加入絕對距離測量與激光通信、時(shí)鐘噪聲傳遞等功能。為有利于主干涉信號的提取，保證干涉測量精度，系統(tǒng)僅采用約1%激光載波功率進(jìn)行激光通信。因此，需以激光干涉系統(tǒng)為依托，進(jìn)行激光通信系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，確定調(diào)制頻率、調(diào)制深度、偽隨機(jī)碼等相關(guān)參數(shù)，并完成方案原理驗(yàn)證。

創(chuàng)新工作

       中國科學(xué)院力學(xué)研究所引力波實(shí)驗(yàn)中心基于星間激光通信原理，詳細(xì)分析了通信系統(tǒng)中載波調(diào)制及擴(kuò)頻調(diào)制的常用方案，討論了各自的實(shí)現(xiàn)原理及優(yōu)缺點(diǎn)。最后，基于空間引力波探測的需求及方案，選取一種適合于太極計(jì)劃的激光通信調(diào)制方案，如圖1。

圖1太極計(jì)劃星間激光通信方案框圖

       基于目前的相位測量系統(tǒng)，本文對太極計(jì)劃星間激光通信系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，主要包括系統(tǒng)頻率、偽隨機(jī)碼及通信碼比特率等。根據(jù)通信系統(tǒng)針對不同側(cè)重點(diǎn)的需求，基于80 MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘分別設(shè)計(jì)了3組較為適合的通信系統(tǒng)參數(shù)，通過深入討論3組參數(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，最終選擇1組適合于太極計(jì)劃通信系統(tǒng)的參數(shù)方案。此外，基于直接序列擴(kuò)頻調(diào)制及BPSK調(diào)制方案，對其發(fā)射機(jī)、接收機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

       通過搭建地面電子學(xué)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，對文中所設(shè)計(jì)的通信系統(tǒng)參數(shù)以及系統(tǒng)方案進(jìn)行了評估與驗(yàn)證。對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)地討論，并分析了混合碼解調(diào)錯(cuò)誤率較高的原因。并在解調(diào)錯(cuò)誤率較高的條件下，提出了一種降低誤碼率的方法，對其系統(tǒng)性能進(jìn)行了詳細(xì)測試。

       為更進(jìn)一步驗(yàn)證系統(tǒng)實(shí)際性能，在實(shí)驗(yàn)室大氣條件下，搭建了地面光學(xué)驗(yàn)證系統(tǒng)，如圖2。文中對系統(tǒng)通信性能進(jìn)行了詳細(xì)測試，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果展開了細(xì)致討論。此外，分別測試了電子學(xué)及光學(xué)系統(tǒng)的本底噪聲，討論了光學(xué)系統(tǒng)解調(diào)出錯(cuò)率高于電子學(xué)系統(tǒng)的根本原因。最終結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的通信系統(tǒng)誤碼率在10-6以內(nèi)，滿足太極計(jì)劃激光通信的需求，其通信方案及相關(guān)參數(shù)選擇可為未來太極計(jì)劃星間激光通信系統(tǒng)提供理論基礎(chǔ)。

圖2光學(xué)驗(yàn)證系統(tǒng)框圖

后續(xù)工作

       在真空環(huán)境下將電光相位調(diào)制器引入太極計(jì)劃超穩(wěn)干涉儀，進(jìn)一步抑制系統(tǒng)噪聲、減小通信所占激光功率。進(jìn)行激光通信、干涉測距等多功能實(shí)驗(yàn)，使干涉儀在完成pm級測距的前提下，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)空間光通信功能。

參考文獻(xiàn)： 中國光學(xué)期刊網(wǎng)

您好，可以免費(fèi)咨詢技術(shù)客服[Daisy]

 筱曉(上海)光子技術(shù)有限公司 

歡迎大家給我們留言，私信我們會詳細(xì)解答，分享產(chǎn)品鏈接給您。

免責(zé)聲明：

資訊內(nèi)容來源于互聯(lián)網(wǎng)，目的在于傳遞信息，提供專業(yè)服務(wù)，不代表本網(wǎng)站及新媒體平臺贊同其觀點(diǎn)和對其真實(shí)性負(fù)責(zé)。如對文、圖等版權(quán)問題存在異議的，請聯(lián)系我們將協(xié)調(diào)給予刪除處理。行業(yè)資訊僅供參考，不存在競爭的經(jīng)濟(jì)利益。