實驗名稱：模擬湍流(liu)傾斜像差補償實驗

　　研究方向：本節在(zai)實驗室(shi)內，完成了(le)在(zai)小接收口徑下AFC校正(zheng)模(mo)擬(ni)湍流傾(qing)斜像差，提高單模(mo)光(guang)纖耦合效率及其穩(wen)定性的實驗，并且對(dui)實驗結(jie)果(guo)進(jin)行(xing)了(le)頻譜分析，測(ce)得了(le)AFC對(dui)模(mo)擬(ni)湍流的校正(zheng)帶寬。

　　測試設備：高壓放大器、光電探測(ce)器(qi)、自(zi)適應光纖耦(ou)合(he)器(qi)、激光器(qi)、湍(tuan)流模擬器(qi)等。

　　實驗過程：

　　圖1：單模(mo)光纖耦合實驗裝置圖

　　圖(tu)1是利(li)用AFC校正模(mo)(mo)(mo)(mo)擬湍(tuan)流(liu)(liu)實驗原理圖(tu)，該方案(an)只是將(jiang)之(zhi)前(qian)方案(an)中的快速傾(qing)(qing)斜(xie)反(fan)射鏡換成了湍(tuan)流(liu)(liu)模(mo)(mo)(mo)(mo)擬器，這里模(mo)(mo)(mo)(mo)擬湍(tuan)流(liu)(liu)是帶有一定(ding)風速及(ji)溫(wen)度的氣流(liu)(liu)。AFC接收透(tou)鏡口徑D=18mm、焦(jiao)距f=120mm，波(bo)長為(wei)1064nm的平面光束經(jing)過(guo)模(mo)(mo)(mo)(mo)擬湍(tuan)流(liu)(liu)后波(bo)前(qian)發生(sheng)畸(ji)變(bian)，畸(ji)變(bian)光束經(jing)耦合(he)透(tou)鏡聚焦(jiao)到(dao)單模(mo)(mo)(mo)(mo)光纖(xian)纖(xian)芯，實現單模(mo)(mo)(mo)(mo)光纖(xian)耦合(he)。單模(mo)(mo)(mo)(mo)光纖(xian)模(mo)(mo)(mo)(mo)場半徑w0=5μm，光電探測(ce)(ce)器（PD）位于(yu)單模(mo)(mo)(mo)(mo)光纖(xian)末端，用于(yu)探測(ce)(ce)耦合(he)進單模(mo)(mo)(mo)(mo)光纖(xian)的光能(neng)量(liang)，并將(jiang)探測(ce)(ce)到(dao)的能(neng)量(liang)輸送到(dao)控(kong)(kong)制(zhi)器，控(kong)(kong)制(zhi)器產生(sheng)控(kong)(kong)制(zhi)信號(hao)，控(kong)(kong)制(zhi)信號(hao)經(jing)過(guo)100倍高壓(ya)放大器（HVA）施加(jia)到(dao)AFC上，實現傾(qing)(qing)斜(xie)校正閉環(huan)控(kong)(kong)制(zhi)。控(kong)(kong)制(zhi)算(suan)法為(wei)SPGD算(suan)法，性能(neng)指標(biao)為(wei)光電探測(ce)(ce)器探測(ce)(ce)到(dao)的光能(neng)量(liang)J，閉環(huan)迭代速率為(wei)625Hz。

　　實驗結果：

　　圖2：存(cun)在模擬(ni)湍流時單模光纖耦合效率迭(die)代曲線(xian)

　　加入模(mo)(mo)(mo)擬(ni)湍流(liu)(liu)，開(kai)環與閉環各進行10000次SPGD迭(die)代得(de)(de)到(dao)單(dan)模(mo)(mo)(mo)光(guang)纖(xian)(xian)耦(ou)(ou)合(he)(he)(he)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)隨時(shi)間的變化曲線，如圖2所示。AFC未校(xiao)正(zheng)模(mo)(mo)(mo)擬(ni)湍流(liu)(liu)傾(qing)斜(xie)像(xiang)差(cha)時(shi)（開(kai)環），10000次迭(die)代單(dan)模(mo)(mo)(mo)光(guang)纖(xian)(xian)平均(jun)耦(ou)(ou)合(he)(he)(he)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)<η>=30.07%，耦(ou)(ou)合(he)(he)(he)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)MSE為7.28%，說(shuo)明模(mo)(mo)(mo)擬(ni)湍流(liu)(liu)使(shi)單(dan)模(mo)(mo)(mo)光(guang)纖(xian)(xian)耦(ou)(ou)合(he)(he)(he)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)及穩(wen)定性均(jun)明顯變差(cha)；當AFC校(xiao)正(zheng)模(mo)(mo)(mo)擬(ni)湍流(liu)(liu)傾(qing)斜(xie)像(xiang)差(cha)時(shi)（閉環），10000次迭(die)代單(dan)模(mo)(mo)(mo)光(guang)纖(xian)(xian)平均(jun)耦(ou)(ou)合(he)(he)(he)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)提升到(dao)了(le)(le)61.72%，十分(fen)接(jie)近實(shi)驗獲(huo)得(de)(de)最大(da)耦(ou)(ou)合(he)(he)(he)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)67%，而耦(ou)(ou)合(he)(he)(he)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)MSE降低(di)到(dao)了(le)(le)2.16%，增(zeng)加了(le)(le)單(dan)模(mo)(mo)(mo)光(guang)纖(xian)(xian)耦(ou)(ou)合(he)(he)(he)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)穩(wen)定性；故在小接(jie)收口徑下只需(xu)校(xiao)正(zheng)湍流(liu)(liu)傾(qing)斜(xie)像(xiang)差(cha)即可獲(huo)得(de)(de)較好單(dan)模(mo)(mo)(mo)光(guang)纖(xian)(xian)耦(ou)(ou)合(he)(he)(he)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)及穩(wen)定性，實(shi)驗結果(guo)(guo)與仿真結果(guo)(guo)相吻合(he)(he)(he)。

　　圖3：耦(ou)合(he)效率迭代曲(qu)線頻(pin)譜分(fen)析曲(qu)線

　　圖3是存在模擬湍(tuan)流(liu)時(shi)(shi)單(dan)模光纖耦(ou)合效(xiao)率(lv)迭代曲(qu)(qu)線(xian)(xian)的(de)(de)頻(pin)(pin)譜(pu)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)析曲(qu)(qu)線(xian)(xian)。圖中(zhong)(zhong)實線(xian)(xian)是圖2中(zhong)(zhong)開(kai)(kai)環(huan)時(shi)(shi)迭代曲(qu)(qu)線(xian)(xian)的(de)(de)頻(pin)(pin)譜(pu)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)析曲(qu)(qu)線(xian)(xian)，由曲(qu)(qu)線(xian)(xian)可知(zhi)開(kai)(kai)環(huan)時(shi)(shi)，模擬湍(tuan)流(liu)的(de)(de)擾動能(neng)量分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布隨頻(pin)(pin)率(lv)增加先緩慢減(jian)小然后再(zai)快速減(jian)小，擾動主要分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布在低頻(pin)(pin)成(cheng)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)（20Hz以內(nei)），在80-90Hz之間含有一個(ge)擾動能(neng)量較大的(de)(de)極值。圖中(zhong)(zhong)虛線(xian)(xian)是圖3中(zhong)(zhong)閉環(huan)時(shi)(shi)迭代曲(qu)(qu)線(xian)(xian)的(de)(de)頻(pin)(pin)譜(pu)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)析曲(qu)(qu)線(xian)(xian)，對比開(kai)(kai)環(huan)時(shi)(shi)頻(pin)(pin)率(lv)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)析曲(qu)(qu)線(xian)(xian)可知(zhi)，AFC校(xiao)正傾斜(xie)像差明顯抑制了20Hz以內(nei)的(de)(de)湍(tuan)流(liu)擾動能(neng)量，還增強(qiang)了高頻(pin)(pin)率(lv)的(de)(de)擾動能(neng)量，但增強(qiang)部分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)的(de)(de)擾動能(neng)量影響(xiang)單(dan)模光纖耦(ou)合效(xiao)率(lv)及穩(wen)定性(xing)。故AFC校(xiao)正模擬湍(tuan)流(liu)的(de)(de)帶寬在20Hz左右。

　　實驗證明AFC對模擬湍(tuan)流(liu)的(de)校(xiao)正帶寬為20Hz左右，在(zai)小接(jie)收孔徑(jing)情況下，只需(xu)校(xiao)正大(da)氣湍(tuan)流(liu)傾斜像差即可獲得較好(hao)的(de)單模光纖耦合效(xiao)率和穩定性。

　　?高(gao)壓(ya)放大器推(tui)薦：ATA-7020

　　圖：ATA-7020高壓放大器指標參數

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