近日，中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)研究室激光通信團(tuán)隊成功將自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)應(yīng)用于地球同步軌道星地相干光通信試驗。在中強(qiáng)大氣湍流強(qiáng)度下（r0≥3cm），經(jīng)自適應(yīng)校正后衛(wèi)星下行信號光束波前畸變和光束抖動顯著抑制，跟蹤精度優(yōu)于亞微弧度量級，波前精度優(yōu)于λ/10（λ為信號光波長1550nm），保證了空間光至單模光纖的高效耦合，平均單模光纖耦合效率達(dá)28%以上。自適應(yīng)光學(xué)校正后，單模光纖平均接收功率從0.2nW提高到4.8nW，相比校正前提高了13.8dB，顯著提升了相干接收機(jī)的信噪比。自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)解決了星地相干光通信大氣湍流的困擾,有效保障了星地相干光通信的可靠性，為實現(xiàn)同步軌道星地相干光通信試驗發(fā)揮了重要的作用。 

　　　

　　圖1 激光通信自適應(yīng)光學(xué)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(diào)制解調(diào)來進(jìn)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(yīng)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(jìn)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(yīng)光學(xué)（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(jìn)光學(xué)系統(tǒng)性能的技術(shù)。中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所姜文漢院士于1979年在國內(nèi)率先開展自適應(yīng)光學(xué)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(jī)和波前控制等關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上,研制了一系列自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng),用于天文望遠(yuǎn)鏡高分辨率成像、ICF波前控制和活體人眼視光學(xué)研究等。針對激光通信中大氣湍流抑制問題，光電所自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)研究室在國內(nèi)率先開展了激光通信自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)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(shù)問題。2012年至今，已完成了多套大口徑激光通信自適應(yīng)光學(xué)地面站的研制。 

　　自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)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(yīng)大氣湍流的能力顯著增強(qiáng)。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(tuán)隊將向構(gòu)建單站可全天時工作的激光通信系統(tǒng)而努力。