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光回波损耗测试原理及误差分析引言:随着光纤通信的发展，高速光纤传输系统的广泛生产和应用（如SDH、大功率CATV 等），必须具有很高的回波损耗，DFB激光器由于其线宽窄，输出特性很容易受回波损耗的影响。
从而严重影响系统的性能，即使是普通的激光器，也会不同程度地受回波损耗的影响，因此，系统中各种光纤器件的回波损耗的测试变得越来越重要。
关键词: 回波损耗菲涅尔反射瑞利散射偏振敏感性匹配负载1．回波损耗测试基本原理当光传输在某一光器件中时，总有部分光被反射回来，光器件中回波主要由菲涅尔反射（由于折射率变化引起）、后向瑞利散射（杂质微粒引起）以及方向性等因素产生的，则该器件的回波损耗RL为：RL(dB)=－10lg(反射光功率/入射光功率) (1)回波损耗的测试方法有基于OTDR（OTDR的英文全称是Optical Time Domain Reflectometer，中文意思为光时域反射仪。
OTDR是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表，它被广泛应用于光缆线路的维护、施工之中，可进行光纤长度、光纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等的测量。
）和光功率计测试两种,OTDR测试方法速度快、显示直观可获得反射点的空间分布，且不需要末端匹配（短光纤仍需匹配），但成本高，重要的是某些场合不能使用（例如：光探测器的回波损耗测试等），如美国RIFOCS688及日本NTT-AT的AR-301型回波损耗测试仪。
光功率计法主要将被测器件反射回来的光分离出来引导至光功率计，简单实用，应用范围广，使用时须进行末端匹配。
本文主要介绍光功率计法测试的原理。
光功率计法回波损耗测试基本原理框图如下：图1光功率计法基本原理框图激光经光模块注入到被测器件,反射光再经光模块引导至光功率计,测试方法分为4步：a．测试端连接校准件测出反射功率值P ref，若光源输出功率为PL，光模块衰减系数为k,校准件反射率为R ref，则：P rel= PL.k.R ref+P p (2)其中，P p为附加反射功率（指光模块内部及测试端连接器的反射等）b．测出附加反射功率P p：将测试端进行匹配，使得测试端反射功率为0，即可测出附加反射功率P p。
猫眼效应中离焦量对激光回波发散角的影响李会;陈青山;李晓英;刘力双【摘要】平行光束或者激光束在光轴方向上照射焦平面成像系统时会产生猫眼效应,焦平面探测器安装的正交性与离焦量直接影响猫眼回波的光学特性,进而影响基于猫眼效应的探测系统的性能.针对猫眼效应中离焦量与后向反射光束发散角之间关系,利用物理光学进行分析,建立理论模型,对焦距为0.18m的焦平面探测成像系统进行数值计算得到:在离焦量为0.16 mm时,发散角最小(0.019 mrad).搭建实验系统,测试离焦量与猫眼回波发散角,测得离焦量在0.15 mm附近存在最小的发散角为0.025 mrad,与计算结果0.019 mrad基本吻合.研究表明:1)负离焦对发散角的影响大于正离焦;2)猫眼回波发散角基本上随着离焦量绝对值的增加而变大,但是变化曲线并不关于零离焦量点对称,而是在某个正离焦处存在一个最小发散角.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2016(037)001【总页数】5页(P147-151)【关键词】猫眼效应;离焦量;发散角;焦平面【作者】李会;陈青山;李晓英;刘力双【作者单位】北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院,北京100192;北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院,北京100192;北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院,北京100192;北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院,北京100192【正文语种】中文【中图分类】TN249平行光束或者激光束在光轴方向上照射焦平面成像系统时，能够产生按原路返回的准直回光,即所谓“猫眼效应”[1]。
通过探测光电设备的光学窗口能够实现对目标的快速准确定位[2]，根据“猫眼”目标的回波功率大约是背景漫反射功率的102～103倍可实现对“猫眼”目标的探测[3]，因此深入分析“猫眼”目标回波发散角具有很高的研究价值[4]。
对于实际光学系统，由于元件加工误差原因，光敏面不一定正好位于焦平面上[5]，甚至为了特殊需要，人为设置一定的离焦量，而且一般的光学系统由于像差等原因的存在，对于轴外入射光而言也往往存在离焦[6]。
采用[100]方向的Nd:YAG增大激光器线偏振输出功率研究孙哲，李强，姜梦华，雷訇，惠勇凌北京工业大学激光工程研究院，北京100124摘要：由于热应力双折射产生的热退偏是限制Nd:YAG激光器线偏振输出功率的重要因素，对[111]和[100]方向切割的Nd:YAG晶体的热退偏特性进行了理论分析，并进行了半导体泵浦的棒状Nd:YAG激光器的线偏振输出功率实验研究。
采用掺杂浓度均为1.1±0.1at%，晶体尺寸均为φ3mm⨯80mm的[111]和[100]切割方向Nd:YAG晶体棒，在半导体侧面泵浦功率为180W时，线偏振与非线偏振输出功率之比分别为19%和43%，相差24%。
实验证明了相比于传统的[111]方向切割的Nd:YAG晶体棒，使用[100]方向切割的Nd:YAG晶体棒，有最小的晶体热退偏方向，可以提高激光器的线偏振输出功率。
OCIS: 140.3530, 140.3538, 140.6810关键词：Nd:YAG激光，热效应，双折射，热退偏，线偏振输出1.引言随着半导体泵浦的固体激光器的迅速发展，热效应问题已经成了限制其发展的重要因素[1-3]。
热致双折射是激光介质中主要产生的热效应之一，由于温度和应力的改变使折射率发生变化，将影响激光的光束质量，甚至使激光介质产生应力裂纹[4-7]。
因此，通过激光棒的线偏振光束会出现退偏振，这将限制Nd:YAG 棒状激光器线偏振输出功率[1,8]。
目前补偿热双折射方法主要的方法是通过谐振腔内插入各种器件来改变振荡光的偏振状态，如法拉第旋转器[8-12]、光学旋转器[13,14]、波片[15-18]等。
但是这些方法设计复杂并且会产生插入损耗，热退偏仅能减小不到5%。
最近，一种使用[100]切割方向的Nd:YAG晶体代替传统的[111]切割方向的Nd:YAG晶体，来减小Nd:YAG棒状激光器热退偏效应的方法已经被报道。
文献[1,19-24]报道了Nd:YAG 晶体热退偏效应的理论分析，文献[25]报道了[100]切割方向Nd:YAG晶体热退偏效应的探测光实验。
“猫眼效应”激光主动探测技术影响因素分析都元松;董文锋;罗威;黎波涛【摘要】基于“猫眼效应”激光主动探测技术,是对无人机光电侦察系统实施强激光干扰较为有效的一种干扰手段.根据激光照射“猫眼”目标的回返特性,建立了不同情况下回波强度模型,对典型目标在不同目标反射率、不同激光发射功率、不同激光发散角情况下进行仿真分析.结果表明,仿真结果与理论计算相一致,因此可用于指导未来基于激光主动探测技术的强激光干扰系统设计.【期刊名称】《现代防御技术》【年(卷),期】2018(046)005【总页数】6页(P88-93)【关键词】“猫眼效应”;主动探测;光电侦察;强激光干扰;回返特性;回波强度【作者】都元松;董文锋;罗威;黎波涛【作者单位】空军预警学院,湖北武汉430019;空军预警学院,湖北武汉430019;空军预警学院,湖北武汉430019;空军预警学院,湖北武汉430019【正文语种】中文【中图分类】TN9770 引言近年来基于“猫眼效应”激光主动探测技术，在光电侦察、追踪及光通信等领域引起了广泛重视[1-3]。
由于光电观瞄设备具有一定的反射率，根据光路可逆原理，当其受到一束强激光照射时，能够产生一个相对于其他漫反射目标较强的回波信号[4-6]，尤其是在大的空间范围进行高空远距离目标探测时，光电探测系统的光学回路提供的“猫眼”反射效应，能够大大增强回波强度，这种自身条件是某些目标探测方法不可比拟的。
因此，深入研究因“猫眼效应”产生的回波功率计算公式及其影响因素显得尤为必要[7-8]。
1 激光主动探测技术理论分析由于光电系统内部都具有光学系统结构，其结构类似于猫的眼睛，可实现光的逆向传输[9]，如图1所示。
内部有调制盘和光电探测器、光敏面等光学元件。
光敏面可实现将入射光束按照原路反射回去，可实现对百公里以外的空中目标实施目标探测。
图1 “猫眼效应”光学模型Fig.1 “Cat eye effect” optical model1.1 “猫眼”光学系统回波功率分析分析正入射条件下回波功率受目标光电侦查系统口径大小影响在激光主动探测系统中尤为重要，由于激光自身存在一定的发散角，为此激光经远距离传输后势必会形成一定的区域面积，如图2所示。
第４４卷 第５期２０２０年９月激 光 技 术ＬＡＳＥＲＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．４４，Ｎｏ．５Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，２０２０ 文章编号：１００１ ３８０６（２０２０）０５ ０６３３ ０６“猫眼”效应在激光干扰效果实时评估中的应用陈 琳，何衡湘 ，万 勇，邓洪峰（西南技术物理研究所，成都６１００４１）摘要：为了对非合作条件下激光干扰效果进行实时评估，根据“猫眼”效应形成原理，提出一种利用猫眼回波强度来评估激光干扰效果的新方法。
分析了激光入射角、激光发射功率与距离对“猫眼”回波功率的影响，研究并实验验证了“猫眼”回波功率与光电成像系统被激光干扰效果之间的关系。
结果表明，“猫眼”回波功率受激光干扰距离和干扰激光入射角影响最大，当对抗反坦克导弹时，回波探测器离激光源的距离超过５０ｍ，回波功率和干扰持续时间显著下降，可见“猫眼”效应原理用于激光定向干扰效果实时评估是可行的。
这一结论对激光定向干扰设备技术研究具有一定的参考意义。
关键词：激光技术；效能评估；“猫眼”效应；几何光学；回波功率中图分类号：ＴＮ９７７；ＴＪ７６５．３＋３３ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０ ７５１０／ｊｇｊｓ ｉｓｓｎ １００１ ３８０６ ２０２０ ０５ ０１８Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆ“ｃａｔ ｅｙｅ”ｅｆｆｅｃｔｉｎｒｅａｌ ｔｉｍｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｌａｓｅｒｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｊａｍｍｉｎｇｅｆｆｅｃｔＣＨＥＮＬｉｎ，ＨＥＨｅｎｇｘｉａｎｇ，ＷＡＮＹｏｎｇ，ＤＥＮＧＨｏｎｇｆｅｎｇ（ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００４１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｌａｓｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｕｎｄｅｒｎｏｎ ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｌａｓｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｂｙｕｓｉｎｇ“ｃａｔ ｅｙｅ”ｅｃｈｏｉｎｔｅｎｓｉｔｙｂｙｔｈｅｆｏｒｍｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆ“ｃａｔ ｅｙｅｅｆｆｅｃｔ”．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｌａｓｅｒｉｎｃｉｄｅｎｃｅａｎｇｌｅ，ｌａｓｅｒｊａｍｍｉｎｇｐｏｗｅｒ，ａｎｄｄｉｓｔａｎｃｅｏｎｔｈｅｅｃｈｏｐｏｗｅｒｏｆ“ｃａｔ ｅｙｅ”ｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｐｏｗｅｒｏｆ“ｃａｔ ｅｙｅ”ｅｃｈｏａｎｄｔｈｅｌａｓｅｒｊａｍｍｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｉｍａｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｅｃｈｏｐｏｗｅｒｏｆｔｈｅ“ｃａｔ ｅｙｅ”ｗａｓｍｏｓｔｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｌａｓｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｄｉｓｔａｎｃｅａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｌａｓｅｒｉｎｃｉｄｅｎｃｅａｎｇｌｅ，ａｎｄｔｈｅｅｃｈｏｐｏｗｅｒａｎｄｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｄｕｒａｔｉｏｎｄｅｃｒｅａｓｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｗｈｅｎｔｈｅｄｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｅｅｃｈｏｄｅｔｅｃｔｏｒｆｒｏｍｔｈｅｌａｓｅｒｓｏｕｒｃｅｅｘｃｅｅｄｅｄ５０ｍｗｈｉｌｅｊａｍｍｉｎｇａｎｔｉ ｔａｎｋｍｉｓｓｉｌｅｓ．Ｉｔｗａｓｆｅａｓｉｂｌｅｔｏａｐｐｌｙｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆ“ｃａｔ ｅｙｅ”ｅｆｆｅｃｔｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｌａｓｅｒｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｊａｍｍｉｎｇｉｎｒｅａｌｔｉｍｅ．Ｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｈａｄｃｅｒｔａｉｎｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｆｏｒｌａｓｅｒｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｊａｍｍｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｓｅｒｔｅｃｈｎｉｑｕｅ；ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｅｖａｌｕａｔｉｏｎ；“ｃａｔ ｅｙｅ”ｅｆｆｅｃｔ；ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｏｐｔｉｃｓ；ｅｃｈｏｐｏｗｅｒ 作者简介：陈 琳（１９９３ ），女，硕士研究生，主要研究方向为控制工程。
第35卷，增刊 红外与激光工程 2006年10月V ol.35 Supplement Infrared and Laser Engineering Oct.2006基于“猫眼”效应的激光回波功率理论分析李双刚，程玉宝（电子工程学院光电系，安徽合肥 230037）摘要：激光主动侦察技术是利用光电系统的光学窗口对入射激光具有很强的反射回波的“猫眼”效应来实现对复杂漫反射背景中的光学窗口侦察、定位。
对基于“猫眼”效应的激光回波功率从理论上给出了详细的公式推导，并进行了应用分析和定量计算。
这对激光主动侦察中的激光器功率、作用距离等参数选择有着重要的意义。
关键词：激光主动侦察；激光回波功率；“猫眼”效应；探测定位中图分类号：TN977 文献标识码：A 文章编号：1007-2276(2006)增A-0080-04Theoretical analysis on echo power of active laser reconnaissancebased on “cat-eye” effectLI Shuang-gang, CHENG Yu-bao(Electro-optical Department, Electronic Engineering Institute, Hefei 230037, China)Abstract：In order to scout and locate the optical windows of electro-optical equipment in complex diffuse reflecting background, the “cat-eye” effect that optical windows have a high echo to incident laser is used in active laser reconnaissance. The detailed formula for laser echo-power of the “cat-eye” effect is theoretically deduced. Moreover the applied range of the formula is discussed and the quantitative computation of laser echo-power is given. It’s important to the parameter selections in the active laser reconnaissance, such as the laser power and action range.Key words：Active laser reconnaissance; Laser echo power; “Cat-eye” effect; Scout and locate0引言近20年来，多种军用光电武器与装备在情报侦察、夜间作战、远程空袭等作战行动中发挥了极其重要的作用，如：光电侦察系统、光电跟踪系统、光电搜索系统、光电制导系统、光电火控系统等。
基于自由空间光的可调谐DPSK信号解调器刘国栋;吴重庆;毛雅亚;王甫;李政勇【摘要】提出了一种基于自由空间差分延时干涉的可快速调谐的DPSK信号解调器.实现了10Gb/s以及40 Gb/s NRZ-DPSK信号的解调,误码率小于10-9.实验结果证明该解调器适用于10Gb/s及更高比特速率NRZ-DPSK信号的解调,调谐时间可达μs,调谐范围从2.5 Gb/s到40 Gb/s.与波导型马赫-曾德尔型差分延迟干涉解调器相比,能实现快速调谐,可用于克服因信号抖动导致的时钟失步等问题.【期刊名称】《北京交通大学学报》【年(卷),期】2014(038)003【总页数】4页(P164-167)【关键词】DPSK;可调谐;解调;干涉;自由空间【作者】刘国栋;吴重庆;毛雅亚;王甫;李政勇【作者单位】北京交通大学教育部发光与光信息技术重点实验室,光信息科学与技术研究所,北京100044;北京交通大学教育部发光与光信息技术重点实验室,光信息科学与技术研究所,北京100044;北京交通大学教育部发光与光信息技术重点实验室,光信息科学与技术研究所,北京100044;北京交通大学教育部发光与光信息技术重点实验室,光信息科学与技术研究所,北京100044;北京交通大学教育部发光与光信息技术重点实验室,光信息科学与技术研究所,北京100044【正文语种】中文【中图分类】TN722.32未来超高速大容量的光通信网络中要求采用具有更高非线性容忍度、鲁棒特性，以及更高频谱效率的新型调制格式信号，DPSK信号是相位调制格式信号中最基础的调制格式，它利用前后相邻码元载波相位的差值来传送数字信息.由于DPSK信号具有接收灵敏度高、低OSNR容限、抑制非线性效应和PMD效应影响等优点，受到广泛的关注，正成为40 Gb／s光通信网络以上高速光通信系统的主流技术［1－4］.在差分相移键控调制中，调制与解调是两个关键技术.目前，大多数研究都集中于调制器，而对于解调器的研究则比较少.解调器的作用是将差分相移键控调制信号解调成原始的强度信号——NRZ码.目前，差分相移键控解调方案主要有基于差分相位——振幅转换［5－7］、差分相位——偏振转换［8－10］的差分相干解调，光纤滤波器（鉴相器）［11－14］以及利用四波混频的解调［15－16］.目前广泛使用的解调方案是差分相位——振幅转换型的差分相干解调，其中1 bit延迟的MZ型解调器是最常用的方案.对MZ型解调器来说，如果采用光纤M－Z干涉仪制作，环境温度的漂移和激光器频率的漂移会导致光在光纤中群速度的改变，需要进行温度补偿和反馈稳定系统，因此一般都采用集成光波导制作.集成光波导制作的MZ型解调器，可以稳定延迟时间，但调谐比较困难.当到达的光信号比特率发生抖动时，集成光波导制作的MZ型解调器不能快速调谐，难以适应光信号比特率的抖动.基于四波混频的解调器可以实现连续调谐，它通过改变泵浦光的波长获得不同的延迟时间，但需要很大的泵浦功率，容易引起其他非线性效应，降低了解调效果.因此研制一种可快速调谐的解调器是一个重要的问题.本文提出了一种基于自由空间光的快速可调谐DPSK信号的解调方案，可以实现不同比特速率DPSK信号的连续快速调谐，在激光器中心频率变化范围较大时，依然可以精确调节光程差实现快速调谐.本文主要实现了10 Gb／s，38 Gb／s，39 Gb／s，40 Gb／s的NRZ－DPSK信号的快速调谐解调.1 理论分析如图1所示，该解调器基于斐索干涉仪［17］，由一个环形器、一个准直透镜、一面全反射镜、一个PZT、一组六位调节架以及电动平移台组成.DPSK信号由环形器1端口入射，从2端口出射进入准直透镜，部分光在准直透镜端面发生第一次端面反射；其余光透射，经全反射镜发生端面反射，再次进入准直透镜.两次反射光在准直透镜内进行干涉，实现相位信号到强度信号的转变.为获得最好的干涉解调效果，准直透镜的端面镀反射膜，增加端面反射光功率.根据不同速率的DPSK信号，调节准直透镜和全反射镜之间的距离，实现不同比特速率信号前后两个比特之间的干涉，即可解调出对应速率的DPSK信号.图1 实验装置Fig.1 Experimental setupDPSK信号采用前后相邻的两个比特间的相位差传输数字信号“1”和“0”，数学表达式为式中：E0为光场振幅；ω0为信号光中心频率；φ（t）为任意时刻相位.若准直透镜和全反射镜之间的距离附加光程满足L＝c T／2，式中c为光在空气中的传播速度，T为不同速率的DPSK信号比特周期，两次反射时延差τ＝T.式（1）为DPSK 信号函数表达式，式（2）中an是一个随机的二进制数字序列，为调制信号的数字信息.式中：r为准直透镜的端面反射率；s为准直透镜的端面透射率（r＋s＝1）.解调后信号光功率，P（t）＝｜sdem（t）｜2，可以写为下式代入DPSK信号表达式，进一步可写为下式由式（5）可知，解调后的信号光功率共有两个数值，与OOK信号相对应.当an ＝an－1，即前后两个相邻比特的相位相同时，输出功率为；当an≠an－1，即前后两个相邻比特的相位不相同时，输出功率为当解调后“0”态，输出光功率为0；“1”态输出光功率为高功率，干涉解调效果最好.实验中，准直透镜的端面镀膜后反射率和透射率分别为40%和60%，解调器的插入损耗为3 dB.为实现不同速率NRZ－DPSK信号的解调，附加光程L可以通过调节电动平移台实现大范围的改变，也可以通过PZT实现精确的μm级微调.PZT机械响应速率通常约数10 k Hz量级，相比基于温度调节和改变激光器中心波长等方法的可调谐解调器，调谐速度更快，可实现不同速率之间的快速调谐.PZT不仅可以微调附加光程，还可以补偿由激光器频率的变化和应力或温度变化所导致光纤引起的相位抖动.为实现调谐功能，电动平移台上的两个平移台一个保持固定，另一个可移动.2 实验结果及分析通过本文提出的解调器，解调了10 Gb／s和40 Gb／s NRZ－DPSK信号，解调前信号眼图和解调后信号眼图如图2所示.解调10 Gb／s和40 Gb／s NRZ－DPSK信号时，附加光程分别为图2 解调前和解调后信号眼图Fig.2 Eye diagram of NRZ－DPSK signal before and after demodulation由图2可以看出，即使信号存在相位抖动仍然可以通过解调器解调10 Gb／s NRZ－DPSK和40 Gb／s NRZ－DPSK信号.对40 Gb／s NRZ－DPSK信号，光功率为5 mW时，测得解调后的光信噪比（OSNR）为20.3 d B，消光比（ER）为18 dB，误码率低于10－9，满足光纤通信的要求.图3给出了光信噪比与10 Gb／s NRZ－DPSK和40 Gb／s NRZ－DPSK解调后接收到的光功率之间的关系.接收到功率相同时，10 Gb／s和40 Gb／s NRZ－DPSK光信噪比相同，证明解调器稳定且适用于不同比特速率的NRZ－DPSK信号.当输入信号光的比特率从38 Gb／s到40 Gb／s变化时，保持光功率不变，通过调节PZT的驱动电压实现μm级附加光程L的改变，从而解调不同比特速率信号.PZT最大位移为30μm，从38 Gb／s到40 Gb／s附加光程改变的距离为20μm，因此可以通过PZT实现精确位移的调节.图4中（a）和（b）分别为解调后的38 Gb／s和39 Gb／s NRZ－DPSK信号眼图.图3 10 Gb／s和40 Gb／s NRZ－DPSK信号接收光功率与解调后信噪比的关系Fig.3 Received optical power versus OSNR after demodulation of 10 Gb／s and 40 Gb／s NRZ－DPSK图4 38 Gb／s和39 Gb／s NRZ－DPSK信号解调后眼图Fig.4 Eye diagram of 38 Gb／s and 39 Gb／s NRZ－DPSK after demodulation38 Gb／s NRZ－DPSK信号解调后测得信噪比和误码率分别为20.4 dB和20 dB，38 Gb／s NRZ－DPSK信号解调后测得信噪比和误码率分别为20.2 dB和19.6 dB.3 结论提出了一种基于自由空间反射式相干解调的可快速调谐的DPSK信号解调器，适用于不同比特速率的DPSK信号.实际解调10 Gb／s及40 Gb／s NRZ－DPSK信号，解调后测得误码率低于10－9，验证了实际可操作性.解调后的信号可以满足光通信系统的要求.通过调节PZT驱动电压改变附加光程L，实现了38 Gb／s和39 Gb／s DPSK信号的快速调谐，证明了该解调器可以快速实现不同速率NRZDPSK信号的快速调谐功能.待解调信号比特速率超过100 Gb／s以上时，在自聚焦透镜和全反射镜之间放置高折射率晶体，降低光传播速度，增加延迟距离，可解决附加光程过小难调的问题.参考文献（References）：［1］Penninckx D，Bissessur H，Brindel P，et al.Optical differential phase shift keying（DPSK）direct detection considered as a duobinary 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猫眼终端回波闪烁效应分析单聪淼;孙华燕;赵延仲;郑勇辉【摘要】利用Rytov近似和物理光学传输矩阵法,研究了猫眼光学系统离焦量对逆向通信系统中猫眼终端回波闪烁效应的影响,得到了水平传输时高斯波束在接收平面的闪烁指数的表达式,通过数值仿真实验分析了猫眼光学系统的离焦量对接收平面光强闪烁指数的影响.结果表明,无论湍流和传输距离如何改变,总是存在一定的离焦量使得闪烁指数最小;离焦量增大时闪烁指数总体呈现先减小后增大的趋势,且随着距离和湍流的增大闪烁指数也增大.%The effects of cat-eye lens defocus amount on the intensity scintillation index of the active probing light of cat-eye terminal in modulating retro-reflecting free space optical communication system has been researched with of the Rytov approximation method and physical optical transmission matrix method.Theoretically,the expression of the scintillation index on receiving plane on condition of the Gaussian beam horizontal transfer through atmospheric conditions has been obtained.Numerical simulation results demonstrate that there is always a certain defocus amount to make the smallest scintillation index no matter how the turbulence and the distance change.With the increasing of the defocus amount,the index decreases first and then increases.In addition,the index increases with the increasing of the distance and turbulence.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2013(043)008【总页数】5页(P876-880)【关键词】修正Rytov近似法;猫眼终端;猫眼效应;离焦量;闪烁指数【作者】单聪淼;孙华燕;赵延仲;郑勇辉【作者单位】装备学院研究生院,北京101416;装备学院光电装备系,北京101416;装备学院光电装备系,北京101416;装备学院研究生院,北京101416【正文语种】中文【中图分类】TN2491 引言基于猫眼效应的逆向调制自由空间激光通信系统利用猫眼光学系统的猫眼效应与光调制器结合构成的猫眼终端，可以使通信链路的一个终端免去激光发射系统和复杂的捕获、跟踪瞄准(Acquiring，Tracking and Pointing，ATP)系统，有效减轻终端体积、载重和功耗，增加了系统的灵活性，近年来受到国外广泛研究［1－2］。
第35卷，增刊 红外与激光工程 2006年10月V ol.35 Supplement Infrared and Laser Engineering Oct.2006基于“猫眼”效应的激光回波功率理论分析李双刚，程玉宝（电子工程学院光电系，安徽合肥 230037）摘要：激光主动侦察技术是利用光电系统的光学窗口对入射激光具有很强的反射回波的“猫眼”效应来实现对复杂漫反射背景中的光学窗口侦察、定位。
对基于“猫眼”效应的激光回波功率从理论上给出了详细的公式推导，并进行了应用分析和定量计算。
这对激光主动侦察中的激光器功率、作用距离等参数选择有着重要的意义。
关键词：激光主动侦察；激光回波功率；“猫眼”效应；探测定位中图分类号：TN977 文献标识码：A 文章编号：1007-2276(2006)增A-0080-04Theoretical analysis on echo power of active laser reconnaissancebased on “cat-eye” effectLI Shuang-gang, CHENG Yu-bao(Electro-optical Department, Electronic Engineering Institute, Hefei 230037, China)Abstract：In order to scout and locate the optical windows of electro-optical equipment in complex diffuse reflecting background, the “cat-eye” effect that optical windows have a high echo to incident laser is used in active laser reconnaissance. The detailed formula for laser echo-power of the “cat-eye” effect is theoretically deduced. Moreover the applied range of the formula is discussed and the quantitative computation of laser echo-power is given. It’s important to the parameter selections in the active laser reconnaissance, such as the laser power and action range.Key words：Active laser reconnaissance; Laser echo power; “Cat-eye” effect; Scout and locate0引言近20年来，多种军用光电武器与装备在情报侦察、夜间作战、远程空袭等作战行动中发挥了极其重要的作用，如：光电侦察系统、光电跟踪系统、光电搜索系统、光电制导系统、光电火控系统等。
这些光电系统的光学窗口对入射激光具有很强的按原路反射的特性，通常比漫反射目标的回波强102～104倍，这种特性俗称“猫眼”效应[1]。
激光主动侦察技术正是利用了光学窗口的“猫眼”效应，其基本原理是，通过发射激光束对战场进行扫描，一旦扫描光束照射在远方的光电系统和光学观瞄设备上，则回波强度会比漫反射回波强几个数量级，据收稿日期：2006-08-14作者简介：李双刚（1975-），男，安徽池州人，讲师，研究生，主要从事光电技术应用方面的教学和研究。
增刊 李双刚等：基于“猫眼”效应的激光回波功率理论分析 81此可以对在复杂的漫反射背景中的光学窗口进行侦察、定位[1~3]。
这种激光回波功率的计算，对激光主动侦察中的激光器功率、作用距离等参数选择有着重要的意义。
因此，本文从激光入射、反射、大气传输等方面，对基于“猫眼效应”的激光回波功率从理论上进行了定性分析，并给出了详细的公式推导。
1 光学窗口激光回波功率计算公式的推导由于不同的光电系统的具体光路不尽相同，为了简化分析，这里通过对单透镜与其焦平面附近的反射物（如探测器或分划板等）组合这样一种比较简单的光学系统为例，同时假设光学系统是一个没有像差、无衍射的系统，激光为正入射，通过计算分析来了解激光回波功率的大小量级以及与主要参数的关系。
1.1 漫反射板在焦平面上如图1所示，被侦察光学窗口的透镜焦距为f ，孔径为D 。
假设激光束正入射于光学窗口后被会聚于探测器光敏面上焦点处，为简化分析，假定反射平面是朗伯漫反射平面，漫反射光中的一部分将通过透镜被反射回去，出射光在远处的发散角为：0 2.44Dλθ= (1)式中：λ为激光波长。
假设侦察激光器发射的激光脉冲峰值功率为t P ；发射光学系统透过率是t K ；不考虑大气的扰动，单程大气透过率是a T ；发射激光束发散角是t θ。
设光学窗口距激光器的距离是R ，则激光入射到光学窗口的功率密度为（假设光学窗口是小目标）：t t at 22t 1(π)4P K T E R θ=(2)进入光学窗口的功率1P 为：21t1(π)4P E D =i (3) 设光学窗口漫反射板的半球反射率为ρ，则被反射且能按原路返回的功率为：2212222t 221π41[()]2π21(π)482D P P f D D E D f D ρρ=+=+i i i i i i (4)由公式（1）可知光学窗口的出射发散角为0θ，则在地面上接收到的激光回波功率r P 为：图1 无离焦量的光学窗口“猫眼”效应示意图 Fig.1 “Cat-eye” effect of optical windows withoutdefocusing amount82 红外与激光工程：光电系统总体技术 第35卷rr 2a r 22024t t r r a22422t 01(π)44π(82)A P P T K R P K K A T D R f D ηθηρθθ==+i i i ii (5) 式中：r K 是接收光学系统透过率；η是收集系数；r A 是接收光学系统口径面积。
由此可见，回波功率与发射功率、发射激光束散角、回波发散角、光学窗口透镜口径、焦距、目标特性和大气条件等因素有关。
1.2 漫反射板有一定的离焦量实际应用中，由于误差等原因，很难保证探测器光敏面正好处在焦平面上，如图2所示。
这时正入射的激光束被会聚于焦点O ，由于漫反射板有一定的离焦量δ，因此在漫反射板上形成直径为A B ′′的亮斑，该亮斑相当于一个呈漫反射的发光源，显然有很大一部分反射光将按原入射方向返回。
由几何光学知识可知，反射出射光在远处的平面束散角为[4]：02()D ff δθδ=+ (6)无离焦量即0δ=时，0θ以衍射极限2.44Dλ计算。
有离焦量即0δ≠时，0θ由公式（6）计算。
将0θ代入公式（5），即可得到正入射到有一定离焦量的光学窗口上的激光回波功率。
图2 具有离焦量的光学窗口“猫眼效应”示意图Fig.2 “Cat-eye” effect of optical windows with defocusing amount2 光学窗口激光回波功率的理论计算现以某卫星为例，实施激光主动侦察。
假设卫星距离地面的高度R 是可变的，则需要根据系统的作用距离来选择激光器的功率。
假设使用10.6 µm 的CO 2激光器，在中纬度夏季，能见度为23 km 时，10.6 µm 的激光垂直穿越大气的透过率为0.36，而冬季的透过率为0.62[4]。
计算时取单程大气透过率a 0.36T =。
若激光侦察系统发射的脉冲激光峰值功率t P 为1 MW ；发射光学系统透过率t K 为0.9；发射激光束发散角t θ为1 mrad ；接收光学系统透过率r K 为0.9；光学窗口漫反射板的半球反射率ρ为0.2；接收系统的收集系数η为0.5；地面接收口径面积r A 为0.008 m 2。
卫星高空成像要求比较高，可以假设成像器件位于光学窗口的焦平面上，不必考虑离焦量。
若卫星增刊李双刚等：基于“猫眼”效应的激光回波功率理论分析83光学窗口的直径为2.0 m，焦距为1.5 m，最低轨道为160 km，最高轨道为1 000 km，则对该卫星使用“猫眼”效应进行探测定位的可行性分析如表1所示。
表1卫星距离地面不同高度下的激光回波功率计算Tab.1 Quantitative computation of laser echo-power from different altitudinal satellites卫星轨道高度160 km 250 km 500 km 600 km 650 km 700 km激光回波功率/W 6.0×10-4 1.0×10-4 6.3×10-6 3.0×10-6 2.2×10-6 1.60×10-6能否探测定位能能能困难不能不能由计算结果可知：在上述技术参数不变的情况下，使用激光脉冲峰值功率为1 mW的激光器，利用“猫眼”效应，对距离600 km以外的卫星难以进行侦察定位，随着侦察距离（即作用距离）的增大，则需要增大激光器的功率或改变其他技术参数，才能满足激光主动侦察的需要。
3结论需要说明的是，这里计算回波功率，考虑的是比较理想的情况，实际情况要复杂得多，比如透镜会有像差、探测器表面也不可能是朗伯平面、反射平面的法线与光轴的夹角不等于零、入射激光束与系统的光轴有夹角等等，它们都会降低入射激光的回波功率。
大气的扰动对回波探测也有较大的影响，但即便对于复杂的实际情况，上述分析过程依然是适用的，主要结论在定性上是合理的[4]。
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