圖1 激光通信自適應光學校正系統(tǒng)示意圖
圖2 衛(wèi)星高角36°時(r0=4cm)AO校正前后波前畸變(左)和光斑抖動(右)
圖3 AO校正前和校正后的單模光纖接收功率
激光通信系統(tǒng)是以激光為信號載體，通過對激光的調制解調來進行信息傳輸，具有高速、大容量和安全保密的特性，是解決未來大容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖顑?yōu)途徑之一。長期以來，星地鏈路存在的大氣湍流效應造成信號光束波前畸變、光斑彌散、抖動，影響地面信號光能量接收，特別是使相干激光通信的單模光纖接收尤為困難。在不進行大氣湍流抑制的情況下，相干激光通信系統(tǒng)在常規(guī)的大氣湍流條件下幾乎無法工作。為實現(xiàn)高速率、高可靠的星地激光通信，大氣湍流干擾問題必須解決。
自適應光學（Adaptive optics, AO）是一項使用可變形鏡面校正因大氣抖動造成光波波前發(fā)生畸變，從而改進光學系統(tǒng)性能的技術。中國科學院光電技術研究所姜文漢院士于1979年在國內率先開展自適應光學研究，突破了波前校正器(包括變形反射鏡和高速傾斜反射鏡)、波前傳感器、波前處理機和波前控制等關鍵技術的基礎上,研制了一系列自適應光學系統(tǒng),用于天文望遠鏡高分辨率成像、ICF波前控制和活體人眼視光學研究等。針對激光通信中大氣湍流抑制問題，光電所自適應光學技術研究室在國內率先開展了激光通信自適應光學技術研究，解決了大氣動態(tài)波前高精度校正、高效率空間光至單模光纖耦合、同頻收發(fā)下大氣后向散射的波前干擾等技術問題。2012年至今，已完成了多套大口徑激光通信自適應光學地面站的研制。
自適應光學技術為星地相干激光通信提供了良好的解決方案，解決了其星地通信的可靠性問題，使得其適應大氣湍流的能力顯著增強。從幾乎不可用變成夜間全時段和部分白天時段均可連續(xù)工作，大大提高了激光通信系統(tǒng)在大氣湍流條件下的可用性，下一步團隊將向構建單站可全天時工作的激光通信系統(tǒng)而努力。