本实验室主要致力于优化自由空间光通信系统，针对大气环境对自由空间光通信的影响，进行了理论及实验研究，并建立了系统的仿真软件，通过研究无波前传感的自适应光学和部分相干光通信等相关技术进一步提高光通信的性能。

一、大气激光通信计算仿真软件研制

大气衰减效应、大气湍流效应对光通信的链路产生很大影响，本实验室从理论出发，结合光通信技术的相关原理，建立并完善了大气激光通信计算仿真软件，软件中主要包括大气环境的影响、通信链路的分析以及各通信平台的计算。

图1 大气激光通信计算仿真软件界面

图2 大气激光通信软件功能结构图

二、部分相干光通信实验研究

由于部分相干光受到湍流效应的影响比完全相干光要小，有效的降低光源的相干性可以一定程度上抑制湍流效应，改善通信性能。本课题组分别使用旋转毛玻璃以及光纤阵列光束产生部分相干光并开展模拟湍流大气中的通信实验研究。

（一）旋转毛玻璃法部分相干光湍流大气传输实验

图3 旋转毛玻璃法部分相干光湍流大气传输特性实验系统示意图

实验系统实物图如图4所示，在相同的信噪比条件下进行了误码率测试，从测试结果中可以得出，部分相干光可以有效抑制湍流效应的影响，改善大气激光通信性能。

图4 旋转毛玻璃通信实验系统实物图                     图5 相同信噪比条件下误码率对比

（二）光纤阵列部分相干光通信原理实验

基于相干性可调的光纤阵列部分相干光产生方法，搭建了部分相干光通信原理实验系统，并在热风式大气湍流模拟池中进行了OOK调制下155Mbit/s伪随机数据的通信实验研究。系统示意图如图6所示，通过对多路铌酸锂相位调制器加载不同幅度的随机电压调制，可以产生相干性不同的部分相干光源，通过使用眼图分析仪对传输信号进行分析。

图6 光纤阵列部分相干光通信实验示意图

图7 湍流大气环境下光纤阵列部分相干光通信实验实物

实验结果显示加载随机相位调制的阵列光束的眼图质量更好，一定程度上抑制了大气湍流效应的影响并具有改善远距离近地大气激光通信质量能力。

(a) 未加随机相位调制时              (b) 加载随机相位调制电压时

图8 经湍流大气后信号眼图对比

三、无波前传感自适应光学技术实验研究

无波前传感自适应光学技术可不受闪烁效应等畸变条件的限制，把波前校正器所需控制信号作为优化参量，以成像清晰度、接收光能量等系统性能指标作为优化算法的目标函数，可得到接近理想的校正效果，与常规自适应光学技术相比，复杂性大大降低，且由于无需进行波前测量，比较适合用于闪烁效应较为严重的大气光通信等应用领域。

图9 无波前传感自适应光学系统原理

系统原理如图9所示，主要包括光强采集、波前控制及波前校正三个模块。其工作流程：一束波前发生畸变的光束到达波前校正器，其反射光束反射到透镜聚焦至CCD进行光强探测，光强分布经性能优化模块计算出校正相位，再由波前校正器产生相应形变，使得CCD接收的光强得到相应改善，如此循环，直至CCD接收光束光强分布满足光学接收系统要求。

图10 无波前传感自适应光学实验光路图

图11 性能评价函数值变化曲线

(a) 初始远场光斑分布                                     (b) 优化后的远场光斑分布

图12 优化前后远场光斑分布对比