光通信中非机械式光束偏转控制器研究

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空间激光通信技术具有保密性好、抗干扰能力强、信息容量大、功耗低且方便快捷等优势,是空间通信技术发展的一个全新领域。在空间激光通信系统中,新型的非机械式光束偏转技术主要有液晶光束偏转技术、声光偏转技术和电光偏转技术等,其中液晶光束偏转技术的发展尤为突出。液晶光束偏转技术的核心是液晶光学相控阵技术。液晶光学相控阵通过模拟闪耀光栅的空间分布来调制光波相位,从而达到改变光束偏转方向的目的。本文对液晶空间光调制器(Liquid Crystal Spatial Light Modulator,LCSLM)在光束偏转控制系统中的应用进行研究。LCSLM是利用液晶的纯相位调制原理制成的,能够对光波的光学相位进行实时地可编程控制。LCSLM具有体积小,功耗低,无机械惯性等优点,已广泛应用于空间光通信的处理过程中。本文首先介绍了实验中用到的一款反射式纯相位液晶空间光调制器Pluto,并说明了液晶实现光束偏转的原理。接着理论分析了液晶的偏转角度、衍射效率、光栅常数以及线性度和耦合度的影响因素,同时分析了影响Pluto响应时间的因素。根据理论分析,提出了用基于FPGA+DSP的光束偏转控制器代替PC机控制整个系统的实验方案以改善系统的动态性能。深入研究了该光束偏转控制器所要实现的功能以及各个部分的设计要点,主要包括DSP灰度图生成算法的实现过程、FPGA与DSP数据接口的设计流程、DVI传输模块的设计流程以及内部时钟模块的调用过程等内容。随后,对该控制器的DSP灰度图生成算法以及DVI输出模块进行功能验证,以确保控制器数据和时序的正确性。最后,应用该光束偏转控制器搭建光束偏转控制系统,对整个系统的响应时间进行测定,结果证明该控制器将整个系统的响应时间缩减了将近一倍,很大程度上提高了系统的动态性能。
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