基于阳光泵浦激光技术的空间光通信研究综述

对基于太阳光泵浦激光技术的空间光通信研究进行了综述。介绍了太阳光泵浦激光技术在空间光通信领域的研究进展，总结了不同类型太阳光泵浦激光技术在系统设计中存在的优缺点。对于太阳光泵浦激光技术，较高能量转换效率潜力是其空间应用的重要优势，详述了太阳光泵浦激光技术中主要的能量转换环节及其影响因素等问题。为提高空间“太阳光-激光”转换效率，提出了一种太阳光泵浦光纤激光技术的设计方法，论述了其研究进展、应用前景及目前存在的问题。最后，结合该设计方法的仿真结果及效能预期提出未来重点研究的几个方向，如高效率太阳光会聚至光纤、多稀土离子掺杂增益光纤等。     

深空光通信技术现状及发展趋势

深空通信是深空探测任务顺利进行的重要保障。以激光为载波的通信系统具有通信速率高、体积小、重量轻和功耗低等特点，已成为深空通信未来发展的主要方向。总结了深空光通信系统的发展现状和未来发展趋势，分析了深空光通信系统的组成以及关键技术。在此基础上，就未来技术发展、组网规划、标准化和生态演进、演示验证等方面，给出了我国深空光通信发展的思考和建议。     

相干光接收机时钟恢复算法的FPGA实现

低轨小卫星在进行相干激光通信时，需要实时解决发射端与相干光接收机之间存在的时钟偏差问题。分析了时钟偏差对相干光接收机性能的影响，设计了一种基于Gardner算法的并行化时钟恢复反馈环路来对时钟的偏差进行纠正，对各组成部分的原理进行了说明，并在现场可编程逻辑门阵列FPGA上实现了该算法，将 5 GSa/s 的采样信号在 FPGA 中以 156.25 MHz 主频，分为并行 32 路完成时钟同步处理，且实时时钟同步算法仅占用 FPGA 的 590 个自适应逻辑块和 4 个乘法器单元。同时，采用自研的集成化相干光通信模块，演示了 10 Gb/s 偏振复用正交相移键控 PM-QPSK 相干光通 信系统实验。实验结果证明该方案能稳定地补偿本地采样时钟的频率和相位偏移带来的采样定时误差。以 7%开销硬判 决前向纠错码 HD-FEC（Hard Decision Forward Error Correction）为门限，系统的灵敏度优于–51 dBm。     

基于IM/DD体制的星间激光通信测距技术

随着当前低轨卫星组网星座计划的日益增加，对卫星间高精度校时、测距需求也越来越迫切。提出基于直调直检IM/DD（Intensity Modulation with Direct Detection）的测距技术的实现方法，使其能同时兼顾测距精度及系统成本。基于IM/DD的测距是利用高精度的秒脉冲到达时间来测量距离。使用IM/DD光通信的数据传输方式，在正常的数据帧传输中插入少量的测距信息，无需中断正常的通信模式，也无需网络时钟频率同步，数据帧的发送周期也无需与秒脉冲保持同步关系，即可使用双向单程测距方法进行测距。使用秒脉冲对本地时钟进行频率测量，对测距过程参数进行修正，只需要采用普通晶体振荡器作为本地时钟源，不需要使用高精度测距通常所需的全网络同步时钟信号或者高稳定度时钟源，便可以达到IM/DD通信码元时间量级的测距准确度和精确度，同时降低了时频同步系统的复杂度、对元器件的要求以及整个通信测距系统的成本，解决了现有技术中测距精度及系统成本不易同时兼顾的问题。     

深度学习技术在空间激光通信中的应用

与射频通信相比，空间激光通信具有传输速率高、保密性能强、终端功耗低等优点，目前已成为当前通信领域的一个研究热点。同时，空间激光通信也面临着一些严峻的技术挑战，如大气湍流导致空间激光通信的信道情况十分复杂，复杂的信道会引发信号光强度起伏剧烈，信标光跟踪与瞄准困难，接收端的信号光场波前畸变严重等。为了提升空间激光通信在复杂信道环境中的性能，学者们将深度学习技术引入到空间激光通信系统中。多项研究表明，深度学习在空间激光通信的诸多方面表现出了优越的信息处理能力。对近年来深度学习技术在空间激光通信信号处理与检测，信标光捕获与跟踪以及波前畸变探测与校正等方面的应用做一全面梳理，并对用于空间激光通信的深度学习技术的前景进行展望。     

基于空间光反馈的复合轴跟踪稳定特性研究

复合轴系统通过粗瞄结构和精瞄机构配合，解决了空间光通信大角度和高精度跟踪之间的矛盾，是实现高速率空间光通信的重要手段。但是粗瞄和精瞄配合工作也给复合轴系统带来了复杂的解耦问题，使整个系统的鲁棒性降低，在跟踪速率变化较快的目标时，容易出现振荡，甚至使系统处于不稳定状态。以复合轴系统为研究基础，通过伯德图对系统的跟踪带宽、精度和稳定性进行分析，得到解耦过程是影响复合轴系统稳定性的主要原因。提出了基于跟踪微分器的线性自抗扰复合轴控制解耦方案，在保证系统精度的情况下，抑制系统在解耦过程中可能出现的振荡发散现象。在卫星轨道模拟平台上进行复合轴跟踪实验，实验结果证明，在最大角加速度0.32°/s2的轨道运动和最大角加速度2.26°/s2的微振动情况下，改进复合轴控制有效地提高了系统跟踪的稳定性，最终跟踪精度优于1 μrad(3σ)。     

空间激光通信网络中的全光数据合路技术研究

针对空间激光通信网络接入节点多路激光链路传输需求，基于高非线性光纤中四波混频参量效应，并结合色散控制，开展全光合路处理技术研究。采用VPI 10.0模拟平台构建了时间透镜全光合路系统，验证了4路速率为10 Gbps的差分相移键控DPSK（Differential Phase Shift Keying）信号光以及通断键控调制OOK（On-Off Keying）和DPSK混合制式信号光的全光合路可行性，并对全光合路技术实现中色散、光功率等关键参数对系统性能的影响进行了分析，为实际系统的设计和应用提供数据支撑。所提出的全光合路技术具有数据处理带宽大、通信制式兼容且系统复杂度低等优点，可有效降低空间激光通信网络的资源需求与载荷成本，为下一代空间激光骨干网的发展与全面应用提供有效技术支撑。     

中远红外高功率量子级联激光技术研究进展

量子级联激光器具有体积小，重量轻，波长可调谐，以及光源能够覆盖中远红外和太赫兹波段等特点，使其在痕量气体检测、定向红外对抗、自由空间光通讯以及红外成像和光谱等领域有着广泛的应用。自从1994年第一个量子级联激光器问世以来，大功率、高电光效率以及室温下连续工作的量子级联激光器一直是人们追求的目标。首先介绍了量子级联激光器的有源层设计、波导设计和器件散热设计方面的研究进展；其次重点讨论了4 μm~5 μm 中波红外和 8 μm~12 μm长波红外高功率室温下连续量子级联激光器的发展和演变、以及大功率脉冲量子级联激光器研究情况；最后简要介绍了大功率量子级联激光器芯片的外延制备技术。     

星地激光通信链路中的极化码性能研究

在星地激光通信链路中，激光在大气信道中传输时容易受湍流作用，导致信号功率衰落。考虑到极化码在短码下的优良性能和较低的实现复杂度，将其应用于星地激光通信系统中来对抗大气湍流引起的信号衰落。基于对湍流信道的分析，搭建了星地激光通信系统仿真平台，并在其中引入了极化码。实验结果表明在中等湍流和强湍流下，极化码分别降低了13%和25%的通信中断概率，极大地改善了星地激光通信系统的性能。