JP2022511985A - 位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光とのカップリング装置及び方法 - Google Patents

位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光とのカップリング装置及び方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、位置探知機なしで光軸の安定化が実現される空間光とファイバー光との高効率カップリング装置及び方法を提供し、その基本的な精神は、まず、理論的なカップリング効率モデルのフィッティングに応じて、モデルパラメータを計算し、次に、ファイバー章動の原理に従って、４点追跡アルゴリズムを使用してファイバー章動軌跡を計算し、最後に、章動軌跡を使用して中心点の位置偏差を計算し、位置偏差を補正することにより、光軸安定化を保証し、常により高いカップリング效率を有することである。スペースコヒーレントレーザー通信ＤＰＳＫリンクに使用される位置探知機なしの光軸安定化と高效率カップリングとは、スペースレーザー通信の長距離高速伝送の重要な技術であり、衛星間通信の発展にとって非常に重要である。

Description

本発明は、自動追跡機能を備えた空間光とファイバー光との常により高いカップリング效率を実現することができ、高速化、小型化、軽量化、及び低電力の長距離スペースコヒーレントレーザー通信の一つの重要な技術である、位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光との高効率カップリング方法に関する。
情報キャリアとして、レーザービームの自由スペースレーザー通信の高周波数と、良好なスペースと時間のコヒーレンスと、狭い発射ビームとは、マイクロ波通信の難題を解決し、宇宙ベースのブロードバンドネットワークを構築し、グローバルな高速とリアルタイム通信とを実現する効果的な手段であり、大きな民間及び軍事用途の可能性を有する。
スペースコヒーレントレーザー通信は、自由スペースの長距離通信でＧｂｉｔ／ｓを超えるデータ伝送速度を実現する唯一の技術的手段である。セルフダインとヘテロダインの探知方式に基づくコヒーレントレーザーは、より高い探知感度を有し、高速化、小型化、軽量化、及び低電力の長距離レーザー通信端末を実現する重要なシステムである。コヒーレントレーザー通信のセルフダイン探知方式は、スペースレーザーをシングルモードファイバーにカップリングする必要がある。従って、スペースレーザーとシングルモードファイバーとのカップリング、及びスペースレーザーとスペースレーザーとのカップリングは、常により高いカップリング效率を有し、高速化、小型化、軽量化、及び低電力の長距離スペースコヒーレントレーザー通信を重要な技術である。
コヒーレントレーザー通信ＤＰＳＫリンクのスペースレーザーとファイバー光とは、位置探知機なしで光軸安定化される方法は、スペースレーザーのカップリング效率を効果的に向上させ、高速スペースレーザーコヒーレント通信技術の新たな探索であり、中国の衛星対地上通信端末の開発にとって非常に重要である。先行の解決策は、次の文献のとおりである。（１）、豊嶋守生「Ｍａｘｉｍｕｍ ｆｉｂｅｒ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｕｍ ｂｅａｍ ｓｉｚｅ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｃｅ ｏｆ ｒａｎｄｏｍ ａｎｇｕｌａｒ ｊｉｔｔｅｒ ｆｏｒ ｆｒｅｅ－ｓｐａｃｅ ｌａｓｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，」Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ，２００６，２３（９）、（２）Ｊｉａｎｑｉｕ Ｇａｏ、Ｊｉａｎｆｅｎｇ Ｓｕｎ、Ｊｉａｗｅｉ Ｌｉ、Ｒｅｎ Ｚｈｕ、Ｐｅｉｐｅｉ Ｈｏｕ、Ｗｅｉｂｉａｏ Ｃｈｅｎ、「レーザー章動に基づく空間光とシングルモードファイバーのカップリング方法」、「中国レーザー」２０１６，４３（８）
本発明の目的は、システムの自動追跡機能を実現することができる、位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光との高効率カップリング装置及び方法を提供することである。基本的な精神は、まず、モードフィールドのマッチングとフィッティングとを介して、カップリング效率モデルパラメータを計算し、次に、ファイバー章動の原理に従って、４点追跡アルゴリズムを使用してファイバー章動軌跡を計算し、最後に、章動軌跡を使用して中心点の位置偏差を計算し、位置偏差を補正することにより、光軸安定化を保証し、常により高いカップリング效率を有することである。
本発明の技術的解決策は、次のとおりである。
ファイバーカプラーと２次元高速走査ガルバノメーターとを含む装置に適用される、位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光とのカップリング方法は、少なくとも、
ファイバーカプラーは、増幅された直交正弦信号の作用下で章動され、２次元高速走査ガルバノメーターは、定圧下でｘ方向とｙ方向との二つのプリセット位置に偏向され、各位置の出力カップリング光パワーを別々収集し、光パワーに応じて、章動円周上のｘ軸とｙ軸との軌跡を獲得するステップＳ００２と、
ファイバーカプラーは、増幅された直交正弦信号の作用下で章動され、プリセット章動サイクルごとに、一つの光パワー信号を収集し、収集された光パワー信号とそれに対応する座標値に従って位置誤差信号を取得するステップＳ００３と、
位置誤差信号に応じて光路を調整し、安定した光軸を獲得するステップＳ００４とを含むことを特徴とする。
好ましくは、前記ステップＳ００２の前に、
カップリングモデルパラメータを取得するステップＳ００１をさらに含み、
前記ステップＳ００１は、少なくとも、
２次元高速走査ガルバノメーターは、ｙ方向で静止状態を保ち、ｘ方向で三角波スキャンを実行して、ファイバーカプラーの光パワー信号を収集し、２次元高速走査ガルバノメーターは、ｘ方向で静止状態を保ち、ｙ方向で三角波スキャンを実行して、ファイバーカプラーの光パワー信号を収集するステップＳ００１ａと、
Ｓ００１ａで２回収集された光パワー信号と各信号点に対応する２次元高速走査ガルバノメーターの位置信号とを方程式に代入して、カップリングモデルパラメータを求めるステップＳ００１ｂとを含む。
好ましくは、前記ステップＳ００１の後とステップＳ００２の前との間は、
信号送信モジュールを制御して直交される二つの正弦信号を送信するステップＳ００２ａと、
駆動信号制御ボードは、入力された信号を四つの２行２列の増幅された直交正弦信号に分割するステップＳ００２ｂと、
駆動信号制御ボードは、電線を通じてファイバーカプラーに信号をロードし、ファイバーカプラーは、増幅された直交正弦信号の作用下で章動されるステップＳ００２ｃとを含む。
好ましくは、前記ステップＳ００３は、
信号送信モジュールを制御して、二つの直交正弦信号を送信するステップＳ００３ａと、
駆動信号制御ボードは、入力された信号を四つの２行２列の増幅された直交正弦信号に分割するステップＳ００３ｂと、
駆動信号制御ボードは、電線を通じてファイバーカプラーに信号をロードし、ファイバーカプラーは、増幅された直交正弦信号の作用下で章動されるステップＳ００３ｃと、
章動サイクルの四分の一ごとに、一つの光パワー信号を収集するステップＳ００３ｄと、
収集された光パワー信号及びそれに対応する座標値を方程式に代入して、位置誤差信号を得るステップＳ００３ｅとのうちの少なくとも一つを含む。
好ましくは、ステップＳ００２ａにおいて、信号発生器を駆動して送信される正弦信号は、振幅の値が１Ｖ～２．５Ｖの範囲内であり、周波数が１ｋＨｚ～５ｋＨｚの範囲内である。
好ましくは、ステップＳ００２ｃにおいて、電圧増幅器は、電圧を１００Ｖ～２００Ｖに増幅する。
好ましくは、解いて得られるｘ軸の軌跡は、
Figure 2022511985000002
であり、ｙ軸の軌跡は、
Figure 2022511985000003
であり、ここで、ｘ１、ｘ２は、ｘ方向の二つのプリセット位置のｘ座標であり、ｙ１、ｙ２は、ｙ方向の二つのプリセット位置のｙ座標であり、ω０は、カップリングモデルパラメータであり、Ｐｏｕｔｘ１は、ｘ１位置に対応する出力光パワーであり、Ｐｏｕｔｘ２は、ｘ２位置に対応する出力光パワーであり、Ｐｏｕｔｙ１は、ｙ１位置に対応する出力光パワーであり、Ｐｏｕｔｙ２は、ｙ２位置に対応する出力光パワーである。
好ましくは、誤差位置は、
Figure 2022511985000004
であり、ここで、Ｒｘ１は、軌跡上のｘ方向のｘ座標であり、Ｒｙ１は、軌跡上のｙ方向の座標であり、ω０は、カップリングモデルパラメータであり、Ｐｏｕｔｘ１は、Ｒｘ１位置に対応する出力光パワーであり、Ｐｏｕｔｘ２は、Ｒｘ２位置に対応する出力光パワーであり、Ｐｏｕｔｙ１は、ｙ１位置に対応する出力光パワーであり、Ｐｏｕｔｙ２は、Ｒｙ２位置に対応する出力光パワーである。
好ましくは、ステップＳ００３またはステップＳ００２の前に、
２次元高速走査ガルバノメーターの遅延を較正するステップＳ０００をさらに含み、
ステップＳ０００は、具体的には、
高速ミラーのＸ方向とＹ方向とにそれぞれ正弦信号Ｋ＝ｓｉｎ（θ１）をロードするステップＳ０００ａと、
ファイバーが章動されない場合、高速ミラーのスキャンでファイバーニューテーターによって出力される正弦光パワーＧ＝ｓｉｎ（θ２）を計算するステップＳ０００ｂと、
ＫとＧとの間の位相差Δ＝θ１－θ２を計算することによって、高速ミラーの遅延時間を得ることができるステップＳ０００ｃとを含む。
本発明は、上記位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光とのカップリング方法を含む、位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光とのカップリング装置をさらに提供する。
本発明は、レーザー（０１）と、ビームコリメータ（０２）と、２次元高速走査ミラー（０３）と、収束レンズグループ（０４）と、ファイバーカプラー（０５）と、駆動信号制御ボード（０６）と、信号送信モジュール（０７）と、ブリッジ（０８）と、探知機（０９）と、データ収集ボード（１０）とを含む、位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光とのカップリング装置を提供し、
前記レーザー（０１）は、ファイバーを介して、ビームコリメータ（０２）のポートに接続され、ビームコリメータ（０２）の出力光は、４５度の角度で２次元高速走査ガルバノメーター（０３）に入射し、２次元高速走査ガルバノメーター（０３）によって反射されるビームは、収束レンズグループの光学中心に平行して、収束レンズグループ（０４）に入射され、収束レンズグループ（０４）の出力ビームの焦点は、ファイバーカプラー（０５）の端面に入射され、信号送信モジュール（０７）によって送信される信号は、同軸ケーブルを介して、駆動信号制御ボード（０６）に伝達され、駆動信号制御ボード（０６）は、電線を通じてファイバーカプラー（０５）に信号をロードし、ファイバーカプラー（０５）によってカップリングされる光パワーは、ファイバーを通じてブリッジ（０８）に入り、ブリッジ（０８）の光信号は、ファイバーを通じて探知機（０９）に入り、探知機（０９）の電気信号は、同軸線を通じてデータ収集ボード（１０）に入る。
好ましくは、ファイバーカプラー（０５）は、ファイバー（１１）と、圧電セラミックチューブ（１２）とを含む。
好ましくは、ファイバー（１１）は、圧電セラミックチューブ（１２）内を通過して、圧電セラミックチューブ（１２）に固定される。
好ましくは、圧電セラミックチューブ（１２）は、四つの電極領域（１３）を含み、四つの電極領域（１３）には、それぞれ電線（１４）が溶接されている。
好ましくは、信号送信モジュール（０７）は、信号発生器である。
好ましくは、駆動信号制御ボード（０６）は、電圧増幅器である。
本発明は、ファイバーカプラーをさらに提供し、
ファイバーと、圧電セラミックチューブと、カップリングベースと、電線とを含み、
前記ファイバーの構造は、キャピラリーフェルール構造であり、
前記圧電セラミックチューブの外側部分は、いくつかのストリップ電極領域に分割され、領域の間は、絶縁され、
前記カップリングベースは、穴を有し、
前記ファイバーは、圧電セラミックチューブに埋め込まれ、圧電セラミックチューブのボトムは、カップリングベースに固定され、ベース部分に近い圧電セラミックチューブの各電極領域は、一本の電線を引き出し、電線の他端は、ベースの穴を通過することを特徴とする。
好ましくは、ファイバーの一端の端面は、エンドキャップを有し、高透過率のフィルムでコーティングされる。
好ましくは、圧電セラミックチューブの外部のストリップ電極領域の数は、四つである。
具体的に、上記方程式及びその導出プロセスは、次のとおりである。
１）カップリングモデルパラメータの解：
ファイバーカップリング效率モデルに基づくと、
Figure 2022511985000005
スポットの位置が（ｘ、ｙ１１）、（ｘ、ｙ２２）、（ｘ、ｙ３３）、（ｘ、ｙ４４）である場合、ファイバーカップリングモデルの方程式は、
Figure 2022511985000006
に記述することができ、方程式（２）から方程式（３）を引き、方程式（４）から方程式（５）を引き、
モデルの解は、
Figure 2022511985000007
であり、方程式（６）は、方程式（７）と連立される。
Figure 2022511985000008
Figure 2022511985000009
Figure 2022511985000010
のため、方程式（８）を方程式（９）に代入して、カップリングモデルパラメータを獲得することができる。
２）軌跡の解
高速ミラーを使用して、二つの独立した位置（ｘ１、ｙ０）と（ｘ２、ｙ０）とで入射スポットのｘ軸を制御し、同時に、二つの状態のそれぞれ出力光パワー値を記録する。
Figure 2022511985000011
対数を取って、減算する。
Figure 2022511985000012
Figure 2022511985000013
同様に、ｙ軸の軌跡を得ることができる。
Figure 2022511985000014
３）誤差の解：
図５に示されたように、章動軌跡Ｒｘ１、Ｒｘ２、Ｒｙ１、及びＲｙ２での受信光の強度値Ｐｘ１、Ｐｘ２、Ｐｙ１、及びＰｙ２を記録する。
Figure 2022511985000015
方程式（１４）から方程式（１５）を引き、方程式（１６）から方程式（１７）を引く。
Figure 2022511985000016
上記のように、本発明によって提供される位置探知機なしで光軸が安定化が実現される空間光とファイバー光との高効率カップリング装置及び方法は、次のような有益な効果を有す。
（１）本発明は、位置探知機なしで、光軸が安定化される空間光とファイバー光との高效率カップリングを実現する。
（２）本発明は、外部からの提供なしで、カップリングモデルパラメータを独立して求めることができる。
（３）本発明は、構造が簡単し、性能が安定して信頼でき、容易に統合する。
（４）本発明は、高いカップリング效率を獲得することができ、背景光をフィルタリングする強力な能力を有し、干渉防止能力をさらに向上することができ、比較的に優秀な空間光通信伝送チャネルを実現することができる。
本発明によって提供される位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光との高効率カップリング方法のステップ模式図である。 本発明によって提供される位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光との高効率カップリング装置の模式図である。 本発明で使用されるファイバーカプラーとカップリングレンズとの接続構造の模式図である。ファイバーカプラーのシャーシと収束レンズグループとは、一つのレンズバレルに固定され、ファイバーの端面は、レンズグループの焦点に位置される。 本発明で使用されるファイバーカプラーの構造模式図である。ファイバーは、キャピラリーフェルール構造でセラミックチューブに入る。セラミックチューブのボトムは、シャーシに固定され、カンチレバー構造を形成し、セラミックチューブの周囲は、四つの電極領域に分割され、ベースに近い電極領域の位置には、四本の電線が引き出され、電線は、ベースを通過して外部の駆動信号制御ボードに接続される。 ファイバーカップリングモデルを示す。図面において、０１：レーザー０２：ビームコリメータ０３：２次元高速走査ミラー０４：収束レンズグループ０５：ファイバーカプラー０６：駆動信号制御ボード０７：信号送信モジュール０８：ブリッジ０９：探知機１０：データ収集ボード１１：ファイバーカプラー１２：収束レンズグループ１３：レンズバレル１４：レンズバレル支座１５：圧電セラミックチューブ１６：カップリングベース１７：電線１８：ファイバー
以下の特定の具体的な実施例は、本発明の実施形態を説明し、当業者は、本明細書に開示される内容から、本発明の他の利点及び効果を容易に理解することができる。
本明細書の添付の図面に示される構造、比率、サイズ等は、本技術に精通している人々が理解及び読むように本明細書に開示される内容と一致するためにのみ使用され、本発明の実施可能な制限条件を制限しないため、技術的な実質意味がないことに留意されたいし、任意の構造の変更、比率関係の変更またはサイズの調整は、本発明によって生成することができる効果及び目的に影響を与えることがない場合、本発明に開示される記述的内容の範囲内に依然として含まれるべきである。同時に、本明細書で使用される「上」、「下」、「左」、「右」、「中間」及び「一つ」等の用語は、説明の便宜上のものであり、本発明の実施可能な範囲、その相対関係の変更または調整は、技術的内容を実質的に変更することがない場合、本発明の実施可能な範囲と見なされるものとする。以下では、図面と併せて、本発明の位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光との高効率カップリングの方法をさらに説明するが、本発明の保護範囲は、これによって制限されるべきではない。
実施例１
本発明は、位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光との高効率カップリング方法を提供し、その具体的なステップの詳細は、図１に示されたようである。具体的に、次のような四つのステップを含む。
ステップＳ００１：カップリングモデルパラメータを取得する。
レーザー（０１）によって発射される１５５０ｎｍのレーザー光は、ファイバーを通じて、ビームコリメータ（０２）に入り、ビームコリメータ（０２）の出力光は、４５度の角度で２次元高速走査ガルバノメーター（０３）に入射し、２次元高速走査ガルバノメーター（０３）によって反射されるビームは、収束レンズグループ（０４）に平行に入射し、収束レンズグループ（０４）の出力ビームの焦点は、ファイバーカプラー（０５）の端面に入射し、ファイバーカプラー（０５）に信号を追加しない場合、２次元高速走査ガルバノメーター（０３）は、ｙ方向で静止状態を保ち、ｘ方向で振幅が３００ｍｖで周波数が２Ｈｚである三角波スキャンを行い、ファイバーカプラー（０３）の光パワー信号を収集し、収集されるデータの長さは、１０＾６であり、同様に、２次元高速走査ガルバノメーター（０３）は、ｘ方向で静止状態を保つ場合、ｙ方向で振幅が３００ｍｖで周波数が２Ｈｚである三角波スキャンを行い、ファイバーカプラー（０５）の光パワー信号を収集する。２次元高速走査ガルバノメーター（０３）の正弦信号は、つまり、スポットの位置座標に対応し、２回に収集された光パワー信号の各点に対応する２次元高速走査ガルバノメーター（０３）の位置信号を方程式（１）と（２）とに代入し、
Figure 2022511985000017
方程式（３）を得る。
Figure 2022511985000018
Figure 2022511985000019
のため、方程式（３）を方程式（４）に代入して、カップリングモデルパラメータω０を獲得することができる。
ステップＳ０００：２次元高速走査ガルバノメーターの遅延を較正する。
２次元高速走査ガルバノメーター（０３）自体に時間遅延が存在する可能性があるため、位置誤差を計算する前に、まず２次元高速走査ガルバノメーターの遅延を較正する必要がある。
高速ミラーのＸ方向とＹ方向とに、それぞれ正弦信号をロードする。
Ｋ＝ｓｉｎ（θ１）
ファイバーニューテーターが章動されない場合、ファイバーニューテーターは、高速ミラーのスキャンにより正弦光パワーを出力する。
Ｇ＝ｓｉｎ（θ２）
ＫとＧとの間の位相差△＝θ１－θ２を計算することによって、高速ミラーの遅延時間を得ることができる。
例えば、高速ミラーのＸ方向には、周波数が２０Ｈｚであり、振幅が５０ｍｖである正弦信号がロードされる。
Ｋ＝ｓｉｎ（θ１）
ファイバーニューテーターが章動されない場合、ファイバーニューテーターは、高速ミラーのスキャンにより正弦光パワーを出力する。
Ｇ＝ｓｉｎ（θ２）
採用率が２．５ｅ＾５であるオシロスコープを介してＫとＧとの信号を収集し、時間ドメインのＫとＧとの信号を周波数ドメインに転換し、ゼロを追加し、つまり、
Ｋ１＝ｆｆｔ（Ｋ、１０＾７）
Ｇ１＝ｆｆｔ（Ｇ、１０＾７）
周波数ドメインの信号Ｋ１とＧ１との最大周波数をそれぞれ計算し、最大周波数に対応する角度が位相である。
Ｋ２＝ａｎｇｌｅ（Ｋ１（ｍａｘ））
Ｇ２＝ａｎｇｌｅ（Ｇ１（ｍａｘ））
周波数ドメインの位相差は、時間ドメインの時間差であるため、高速ミラーの遅延時間は、次のようになる。
Ｔ＝Ｋ２－Ｇ２
ステップＳ００２：座標軸の軌跡を取得する。
レーザー（０１）によって発射される１５５０ｎｍのレーザー光は、ファイバーを通じて、ビームコリメータ（０２）に入り、ビームコリメータ（０２）の出力光は、４５度の角度で２次元高速走査ガルバノメーター（０３）に入射し、２次元高速走査ガルバノメーター（０３）によって反射されるビームは、収束レンズグループ（０４）に平行に入射し、収束レンズグループ（０４）の出力ビームの焦点は、ファイバーカプラー（０５）の端面に入射し、信号送信モジュール（０７）は、信号振幅の値が２．１Ｖで周波数が２ｋＨｚである直交正弦信号を送信し、信号送信モジュール（０７）によって送信される信号は、同軸ケーブルを介して、駆動信号制御ボード（０６）に伝達され、駆動信号制御ボード（０６）は、信号を四つの２行２列の直交正弦信号に分割し、同時に、電圧を１００Ｖに増幅し、電線を通じてファイバーカプラー（０５）に信号をロードし、ファイバーカプラー（０５）は、増幅された直交正弦信号の作用下で章動される。定圧下で、２次元高速走査ガルバノメーター（０３）は、ｘ方向で＋１０ｍｖと－１０ｍｖとに偏向され、それぞれ二つの位置の出力カップリング光パワーを収集し、つまり、ｘ軸の二つの独立位置（ｘ１、ｙ０）と（ｘ２、ｙ０）とで二つの状態の入射スポットの出力光パワー値を記録し、方程式（５）と（６）とに代入する。
Figure 2022511985000020
対数を取り、減算する。
Figure 2022511985000021
ｘ軸の軌跡を得る。
Figure 2022511985000022
同様に、ｙ軸の軌跡を得ることができる。
Figure 2022511985000023
ステップＳ００３：位置誤差を取得する。
レーザー（０１）によって発射される１５５０ｎｍのレーザー光は、ファイバーを通じて、ビームコリメータ（０２）に入り、ビームコリメータ（０２）の出力光は、４５度の角度で２次元高速走査ガルバノメーター（０３）に入射し、２次元高速走査ガルバノメーター（０３）によって反射されるビームは、収束レンズグループ（０４）に平行に入射し、収束レンズグループ（０４）の出力ビームの焦点は、ファイバーカプラー（０５）の端面に入射し、信号送信モジュール（０７）は、信号振幅の値が２．１Ｖで周波数が２ｋＨｚである二つの直交正弦信号を送信し、信号送信モジュール（０７）によって送信される信号は、同軸ケーブルを介して、駆動信号制御ボード（０６）に伝達され、駆動信号制御ボード（０６）は、二つの信号を四つの２行２列の直交正弦信号に分割し、同時に、電圧を１００Ｖに増幅した後、電線を通じてファイバーカプラー（０５）に信号をロードし、ファイバーカプラー（０５）は、増幅された直交正弦信号の作用下で章動される。ファイバーカプラー（０５）によってカップリングされる出力光パワーは、ファイバーを通じて、ブリッジ（０８）に入り、ブリッジ（０８）の光信号は、ファイバーを通じて、探知機（０９）に入り、探知機（０９）の電気信号は、同軸線を通じて、データ収集ボード（１０）に入力される。
章動周波数が２ｋＨｚである場合、章動サイクルは、５００ｕｓであり、１２５ｕｓごとに一つの収集された光パワー信号を取り、つまり、章動軌跡Ｒｘ１、Ｒｘ２、Ｒｙ１、及びＲｙ２での受信光の強度値Ｐｘ１、Ｐｘ２、Ｐｙ１、及びＰｙ２を記録する。
図５に示されたように、ファイバーカップリングモデルによって得る。
Figure 2022511985000024
方程式（１４）から方程式（１５）を引き、方程式（１６）から方程式（１７）を引く。
Figure 2022511985000025
つまり、スポットの位置は、
Figure 2022511985000026
である。高速ミラーの位置は、この時点での高速ミラーの実際の位置であり、（ｋｘ、ｋｙ）に設定する。
Figure 2022511985000027
最後に、位置誤差は、
Figure 2022511985000028
である。ファイバー章動により、－Ｒｘ１＝Ｒｘ２と－Ｒｙ１＝Ｒｙ２とが存在するため、実際の応用では、△ｘと△ｙとは、正の値または負の値であることもできる。
ステップＳ００４：位置誤差に応じて光路を調整し、スポットが最大のカップリング効率の位置になるようにする。
ステップＳ００１は、ω０をフィッティングして計算したため、この値は、光学システムとファイバーモードフィールド分布のみに関連し、他とは関連がないし、原則的に変わることがないし、Ｒｘ１とＲｙ１とは、ステップＳ００２の章動軌跡によって得られるファイバー章動のｘ方向とｙ方向との章動半径であり、従って、ステップＳ００３を介して位置誤差△ｘと△ｙとの信号を得ることができ、位置誤差信号は、同軸ケーブルを介して２次元高速走査ガルバノメーター（０３）にフィードバックされ、２次元高速走査ガルバノメーター（０３）は、対応する誤差をすぐに補正して、スポットが常にファイバー章動の中心にあり、システムが安定される光軸を有するようにする。
本発明は、安定で信頼性の高い性能を有し、高いカップリング效率を獲得することができ、背景光をフィルタリングする強力な能力を有し、干渉防止能力をさらに向上することができ、比較的に優秀な空間光通信伝送チャネルを実現することができる。
実施例２
本発明は、位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光との高効率カップリング装置を提供し、図２に示されたように、前記装置は、以下のような構成要素を含む。
本発明は、位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光とのカップリング装置をさらに含み、レーザー（０１）と、ビームコリメータ（０２）と、２次元高速走査ミラー（０３）と、収束レンズグループ（０４）と、ファイバーカプラー（０５）と、駆動信号制御ボード（０６）と、信号送信モジュール（０７）と、ブリッジ（０８）と、探知機（０９）と、データ収集ボード（１０）とを含むことを特徴とする。
具体的に、各部分の光路接続方法は、次のとおりである。レーザー（０１）は、ファイバーを介して、ビームコリメータ（０２）のポートに接続され、ビームコリメータ（０２）の出力光は、４５度の角度で２次元高速走査ガルバノメーター（０３）に入射し、２次元高速走査ガルバノメーター（０３）によって反射されるビームは、収束レンズグループの光学中心に平行して、収束レンズグループ（０４）に入射され、収束レンズグループ（０４）の出力ビームの焦点は、ファイバーカプラー（０５）の端面に入射され、信号送信モジュール（０７）によって送信される信号は、同軸ケーブルを介して、駆動信号制御ボード（０６）に伝達され、駆動信号制御ボード（０６）は、電線を通じてファイバーカプラー（０５）に信号をロードし、ファイバーカプラー（０５）によってカップリングされる光パワーは、ファイバーを通じてブリッジ（０８）に入り、ブリッジ（０８）の光信号は、ファイバーを通じて探知機（０９）に入り、探知機（０９）の電気信号は、同軸線を通じてデータ収集ボード（１０）に入る。
本発明の装置を使用して、光軸が安定化される空間光とファイバー光とのカップリングを行う場合、まず、レーザー（０１）によって発射される１５５０ｎｍのレーザー光は、ファイバーを通じて、ビームコリメータ（０２）に入り、ビームコリメータ（０２）の出力光は、４５度の角度で２次元高速走査ガルバノメーター（０３）に入射し、２次元高速走査ガルバノメーター（０３）によって反射されるビームは、収束レンズグループ（０４）に平行に入射し、収束レンズグループ（０４）の出力ビームの焦点は、ファイバーカプラー（０５）の端面に入射し、ファイバーカプラー（０５）に信号を追加しない場合、２次元高速走査ガルバノメーター（０３）は、ｙ方向で静止状態を保ち、ｘ方向で振幅が３００ｍｖで周波数が２Ｈｚである三角波スキャンを行い、ファイバーカプラー（０３）の光パワー信号を収集し、収集されるデータの長さは、１０＾６であり、同様に、２次元高速走査ガルバノメーター（０３）は、ｘ方向で静止状態を保つ場合、ｙ方向で振幅が３００ｍｖで周波数が２Ｈｚである三角波スキャンを行い、ファイバーカプラー（０５）の光パワー信号を収集する。２次元高速走査ガルバノメーター（０３）の正弦信号は、つまり、スポットの位置座標に対応し、２回に収集された光パワー信号の各点に対応する２次元高速走査ガルバノメーター（０３）の位置信号を方程式（１）と（２）とに代入し、
Figure 2022511985000029
方程式（３）を得る。
Figure 2022511985000030
Figure 2022511985000031
のため、方程式（３）を方程式（４）に代入して、カップリングモデルパラメータω０を獲得することができる。
次に、信号送信モジュール（０７）は、信号振幅の値が２．１Ｖで周波数が２ｋＨｚである直交正弦信号を送信し、信号送信モジュール（０７）によって送信される信号は、同軸ケーブルを介して、駆動信号制御ボード（０６）に伝達され、駆動信号制御ボード（０６）は、電圧を１００Ｖに増幅し、電線を通じてファイバーカプラー（０５）に信号をロードし、ファイバーカプラー（０５）は、増幅された直交正弦信号の作用下で章動される。定圧下で、２次元高速走査ガルバノメーター（０３）は、ｘ方向で＋１０ｍｖと－１０ｍｖとに偏向され、それぞれ二つの位置の出力カップリング光パワーを収集し、つまり、ｘ軸の二つの独立位置（ｘ１、ｙ０）と（ｘ２、ｙ０）とでの二つの状態の入射スポットの出力光パワー値を記録し、方程式（５）と（６）とに代入する。
Figure 2022511985000032
対数を取り、減算する。
Figure 2022511985000033
ｘ軸の軌跡を得る。
Figure 2022511985000034
同様に、ｙ軸の軌跡を得ることができる。
Figure 2022511985000035
次に、ファイバーカプラー（０５）によってカップリングされる出力光パワーは、ファイバーを通じてブリッジ（０８）に入り、ブリッジ（０８）の光信号は、ファイバーを通じて探知機（０９）に入り、探知機（０９）の電気信号は、同軸線を通じてデータ収集ボード（１０）に入る。
章動周波数が２ｋＨｚである場合、章動サイクルは、５００ｕｓであり、１２５ｕｓごとに一つの収集された光パワー信号を取り、つまり、章動軌跡Ｒｘ１、Ｒｘ２、Ｒｙ１、及びＲｙ２での受信光の強度値Ｐｘ１、Ｐｘ２、Ｐｙ１、及びＰｙ２を記録する。
図５に示されたように、ファイバーカップリングモデルによって得る。
Figure 2022511985000036
方程式（１４）から方程式（１５）を引き、方程式（１６）から方程式（１７）を引く。
Figure 2022511985000037
位置誤差信号は、同軸ケーブルを介して２次元高速走査ガルバノメーター（０３）にフィードバックされ、２次元高速走査ガルバノメーター（０３）は、対応する誤差をすぐに補正して、スポットが常にファイバー章動の中心にあり、システムが安定される光軸を有するようにする。
本発明は、安定で信頼性の高い性能を有し、高いカップリング效率を獲得することができ、背景光をフィルタリングする強力な能力を有し、干渉防止能力をさらに向上することができ、比較的に優秀な空間光通信伝送チャネルを実現することができる。
実施例３
本発明は、ファイバーと、圧電セラミックチューブと、カップリングベースと、電線とを含むファイバーカプラーをさらに提供する。
図３に示されたように、ファイバーは、キャピラリーフェルール構造に作られ、ファイバー端面は、エンドキャップにつくられ、高透過率のフィルムをコーティングする。圧電セラミックチューブの外側部分は、四つのストリップ電極領域に分割され、領域の間は、絶縁される。ファイバーは、圧電セラミックチューブに埋め込まれ、圧電セラミックチューブのボトムは、カップリングベースに固定され、ベース部分に近い圧電セラミックチューブの各電極領域は、一本の電線を引き出し、電線の別の一端は、ベースの穴を通過し、ベースで通過する電線の穴に対して固定処理を行う。
本発明によって提供されるファイバーカプラーが本発明によって提供される位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光とのカップリング装置に適用される場合、圧電セラミックチューブに接続された電線は、駆動信号制御ボードの信号出力ポートに接続され、駆動信号制御ボードによって出力される電気信号は、電線を介してセラミックチューブにロードされる。外部からある一つの電極領域に特定の電圧を印加する場合、セラミックチューブは、垂直方向に収縮されて、セラミックチューブの最上部が比較的に大きく傾き、同時に、電圧を印加すると、セラミックが軸方向に膨張及び収縮されて、従って、圧電セラミックチューブを制御して章動運動を実現する。

Claims (19)

  1. ファイバーカプラーと２次元高速走査ガルバノメーターとを含む装置に適用される位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光とのカップリング方法であって、少なくとも、
    ファイバーカプラーは、増幅された直交正弦信号の作用下で章動され、２次元高速走査ガルバノメーターは、定圧下でｘ方向とｙ方向との二つのプリセット位置に偏向され、各位置の出力カップリング光パワーを別々収集し、光パワーに応じて、章動円周上のｘ軸とｙ軸との軌跡を獲得するステップＳ００２と、
    ファイバーカプラーは、増幅された直交正弦信号の作用下で章動され、プリセット章動サイクルごとに、一つの光パワー信号を収集し、収集された光パワー信号とそれに対応する座標値に従って位置誤差信号を取得するステップＳ００３と、
    位置誤差信号に応じて光路を調整し、安定した光軸を獲得するステップＳ００４とを含むことを特徴とする、前記位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光とのカップリング方法。
  2. 前記ステップＳ００２の前に、
    カップリングモデルパラメータを取得するステップＳ００１をさらに含み、
    前記ステップＳ００１は、少なくとも、
    ２次元高速走査ガルバノメーターは、ｙ方向で静止状態を保ち、ｘ方向で三角波スキャンを実行して、ファイバーカプラーの光パワー信号を収集し、２次元高速走査ガルバノメーターは、ｘ方向で静止状態を保ち、ｙ方向で三角波スキャンを実行して、ファイバーカプラーの光パワー信号を収集するステップＳ００１ａと、
    ステップＳ００１ａで２回収集された光パワー信号と各信号点に対応する２次元高速走査ガルバノメーターの位置信号とを方程式に代入して、カップリングモデルパラメータを求めるステップＳ００１ｂとを含むことを特徴とする
    請求項１に記載の位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光とのカップリング方法。
  3. 前記ステップＳ００１の後とステップＳ００２の前との間は、
    信号送信モジュールを制御して直交される二つの正弦信号を送信するステップＳ００２ａと、
    駆動信号制御ボードは、入力された信号を四つの２行２列の増幅された直交正弦信号に分割するステップＳ００２ｂと、
    駆動信号制御ボードは、電線を通じてファイバーカプラーに信号をロードし、ファイバーカプラーは、増幅された直交正弦信号の作用下で章動されるステップＳ００２ｃとを含むことを特徴とする
    請求項２に記載の位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光とのカップリング方法。
  4. 前記ステップＳ００２ａにおいて、信号送信モジュールによって送信される正弦信号は、振幅の値が１Ｖ～２．５Ｖの範囲内であり、周波数が１ｋＨｚ～５ｋＨｚの範囲内であることを特徴とする
    請求項３に記載の位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光とのカップリング方法。
  5. 前記ステップＳ００２ｃにおいて、駆動信号制御ボードは、電圧を１００Ｖ～２００Ｖに増幅することを特徴とする
    請求項３に記載の位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光とのカップリング方法。
  6. 前記ステップＳ００３は、
    信号送信モジュールを制御して、二つの直交正弦信号を送信するステップＳ００３ａと、
    駆動信号制御ボードは、入力された信号を四つの２行２列の増幅された直交正弦信号に分割するステップＳ００３ｂと、
    駆動信号制御ボードは、電線を通じてファイバーカプラーに信号をロードし、ファイバーカプラーは、増幅された直交正弦信号の作用下で章動されるステップＳ００３ｃと、
    章動サイクルの四分の一ごとに、一つの光パワー信号を収集するステップＳ００３ｄと、
    収集された光パワー信号及びそれに対応する座標値を方程式に代入して、位置誤差信号を得るステップＳ００３ｅとのうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする
    請求項１に記載の位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光とのカップリング方法。
  7. 解いて得られるｘ軸の軌跡は、
    Figure 2022511985000038
    であり、ｙ軸の軌跡は、
    Figure 2022511985000039
    であり、ここで、ｘ１、ｘ２は、ｘ方向の二つのプリセット位置のｘ座標であり、ｙ１、ｙ２は、ｙ方向の二つのプリセット位置のｙ座標であり、ω０は、カップリングモデルパラメータであり、Ｐｏｕｔｘ１は、ｘ１位置に対応する出力光パワーであり、Ｐｏｕｔｘ２は、ｘ２位置に対応する出力光パワーであり、Ｐｏｕｔｙ１は、ｙ１位置に対応する出力光パワーであり、Ｐｏｕｔｙ２は、ｙ２位置に対応する出力光パワーであることを特徴とする
    請求項１に記載の位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光とのカップリング方法。
  8. 誤差位置は、
    Figure 2022511985000040
    であり、ここで、Ｒｘ１は、軌跡上のｘ方向のｘ座標であり、Ｒｙ１は、軌跡上のｙ方向の座標であり、ω０は、カップリングモデルパラメータであり、Ｐｏｕｔｘ１は、Ｒｘ１位置に対応する出力光パワーであり、Ｐｏｕｔｘ２は、Ｒｘ２位置に対応する出力光パワーであり、Ｐｏｕｔｙ１は、ｙ１位置に対応する出力光パワーであり、Ｐｏｕｔｙ２は、Ｒｙ２位置に対応する出力光パワーであることを特徴とする
    請求項１に記載の位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光とのカップリング方法。
  9. ステップＳ００３またはステップＳ００２の前に、
    ２次元高速走査ガルバノメーターの遅延を較正するステップＳ０００をさらに含み、
    前記ステップＳ０００は、具体的には、
    高速ミラーのＸ方向とＹ方向とにそれぞれ正弦信号Ｋ＝ｓｉｎ（θ１）をロードするステップＳ０００ａと、
    ファイバーが章動されない場合、高速ミラーのスキャンでファイバーニューテーターによって出力される正弦光パワーＧ＝ｓｉｎ（θ２）を計算するステップＳ０００ｂと、
    ＫとＧとの間の位相差Δ＝θ１－θ２を計算することによって、高速ミラーの遅延時間を得ることができるステップＳ０００ｃとを含むことを特徴とする
    請求項１に記載の位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光とのカップリング方法。
  10. 位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光とのカップリング装置であって、
    レーザー（０１）と、ビームコリメータ（０２）と、２次元高速走査ミラー（０３）と、収束レンズグループ（０４）と、ファイバーカプラー（０５）と、駆動信号制御ボード（０６）と、信号送信モジュール（０７）と、ブリッジ（０８）と、探知機（０９）と、データ収集ボード（１０）とを含み、
    前記レーザー（０１）は、ファイバーを介して、ビームコリメータ（０２）のポートに接続され、ビームコリメータ（０２）の出力光は、４５度の角度で２次元高速走査ガルバノメーター（０３）に入射し、２次元高速走査ガルバノメーター（０３）によって反射されるビームは、収束レンズグループの光学中心に平行して、収束レンズグループ（０４）に入射され、収束レンズグループ（０４）の出力ビームの焦点は、ファイバーカプラー（０５）の端面に入射され、信号送信モジュール（０７）によって送信される信号は、同軸ケーブルを介して、駆動信号制御ボード（０６）に伝達され、駆動信号制御ボード（０６）は、電線を通じてファイバーカプラー（０５）に信号をロードし、ファイバーカプラー（０５）によってカップリングされる光パワーは、ファイバーを通じてブリッジ（０８）に入り、ブリッジ（０８）の光信号は、ファイバーを通じて探知機（０９）に入り、探知機（０９）の電気信号は、同軸線を通じてデータ収集ボード（１０）に入ることを特徴とする、前記位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光とのカップリング装置。
  11. 前記ファイバーカプラー（０５）は、ファイバー（１１）と、圧電セラミックチューブ（１２）とを含むことを特徴とする
    請求項１０に記載の位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光とのカップリング装置。
  12. 前記ファイバー（１１）は、圧電セラミックチューブ（１２）内を通過して、圧電セラミックチューブ（１２）に固定されることを特徴とする
    請求項１１に記載の位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光とのカップリング装置。
  13. 前記圧電セラミックチューブ（１２）は、四つの電極領域（１３）を含み、四つの電極領域（１３）には、それぞれ電線（１４）が溶接されていることを特徴とする
    請求項１２に記載の位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光とのカップリング装置。
  14. 前記信号送信モジュール（０７）は、信号発生器であることを特徴とする
    請求項１０に記載の位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光とのカップリング装置。
  15. 前記駆動信号制御ボード（０６）は、電圧増幅器であることを特徴とする
    請求項１０に記載の位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光とのカップリング装置。
  16. 請求項１乃至８に記載の位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光とのカップリング方法を含むことを特徴とする、位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光とのカップリング装置。
  17. 前記ファイバーカプラーは、ファイバーと、圧電セラミックチューブと、カップリングベースと、電線とを含み、
    前記ファイバーの構造は、キャピラリーフェルール構造であり、
    前記圧電セラミックチューブの外側部分は、複数のストリップ電極領域に分割され、領域の間は、絶縁され、
    前記カップリングベースは、穴を有し、
    前記ファイバーは、圧電セラミックチューブに埋め込まれ、圧電セラミックチューブのボトムは、カップリングベースに固定され、ベース部分に近い圧電セラミックチューブの各電極領域は、一本の電線を引き出し、電線の他端は、ベースの穴を通過することを特徴とする
    請求項１０に記載の位置探知機なしで光軸が安定化される空間光とファイバー光とのカップリング装置。
  18. 前記ファイバーの一端の端面は、エンドキャップを有し、高透過率のフィルムでコーティングされることを特徴とする
    請求項１７に記載のファイバーカップリング装置。
  19. 前記ストリップ電極領域の数は、四つであることを特徴とする
    請求項１７に記載のファイバーカップリング装置。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113452437B (zh) * 2021-06-25 2022-10-11 中国科学院上海光学精密机械研究所 用于空间光通信的星间激光链路测试模拟系统及方法
CN114189284B (zh) * 2022-02-16 2022-05-24 之江实验室 一种星载激光通信机的在轨自标校装置及其标校方法
CN115291331B (zh) * 2022-08-31 2024-03-19 山东航天电子技术研究所 一种应用于空间光通信的无章动镜的光纤章动耦合设计方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5062150A (en) * 1989-01-23 1991-10-29 Massachusetts Institute Of Technology Fiber-based free-space optical system
JP2004159032A (ja) * 2002-11-06 2004-06-03 Communication Research Laboratory 空間光通信システム
JP2015065492A (ja) * 2013-09-24 2015-04-09 国立大学法人佐賀大学 光空間通信システム

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5940034A (en) * 1998-08-08 1999-08-17 Space Systems/Loral, Inc. Dual RF autotrack control
CN2345987Y (zh) * 1998-12-21 1999-10-27 中国科学院西安光学精密机械研究所 激光光纤耦合装置
US6577421B1 (en) * 1999-08-12 2003-06-10 Hughes Electronics Corporation Alignment system and method for optical satellite communication
EP1111816B1 (de) 1999-12-22 2006-08-30 Contraves Space AG Verfahren und Anordnung zum Verbindungsaufbau zwischen Satelliten
CN1170119C (zh) * 2002-07-05 2004-10-06 清华大学 基于正交双偏振光的滚转角光电检测方法及装置
US7373210B2 (en) * 2003-01-14 2008-05-13 Harman International Industries, Incorporated Effects and recording system
CN102681550B (zh) * 2012-05-18 2015-01-07 中国科学院光电技术研究所 一种双快速反射镜精跟踪装置及方法
CN104769481B (zh) * 2012-10-12 2018-12-18 统雷有限公司 紧凑、低色散以及低像差自适应光学扫描系统
US9614620B2 (en) * 2013-02-06 2017-04-04 Applied Optoelectronics, Inc. Coaxial transmitter optical subassembly (TOSA) with cuboid type to laser package and optical transceiver including same
CN104811244B (zh) * 2015-03-26 2017-12-12 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于激光章动的空间光到单模光纤的耦合系统
JP2016184561A (ja) 2015-03-27 2016-10-20 矢崎総業株式会社 グロメット
CN105021128B (zh) * 2015-07-02 2017-09-26 哈尔滨工业大学 基于光束扫描共焦探测技术的探针传感方法及装置
CN106772837B (zh) 2017-01-03 2018-07-13 中国科学院上海光学精密机械研究所 光束耦合的光轴稳定装置
CN206757171U (zh) * 2017-05-04 2017-12-15 浙江大学 新型多角度环状光学照明显微成像系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5062150A (en) * 1989-01-23 1991-10-29 Massachusetts Institute Of Technology Fiber-based free-space optical system
JP2004159032A (ja) * 2002-11-06 2004-06-03 Communication Research Laboratory 空間光通信システム
JP2015065492A (ja) * 2013-09-24 2015-04-09 国立大学法人佐賀大学 光空間通信システム

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GAO ET AL.: "Coupling Method for Making Space Light into Single-Mode Fiber Based on Laser Nutation", CHINESE JOURNAL OF LASERS, vol. 43, no. 8, JPN7022001679, August 2016 (2016-08-01), CN, pages 0801001 - 1, ISSN: 0004745105 *
JIN ET AL.: "Research on Nutation Coupling of Single-Mode Fiber Based on Peak Power Feedback", CHINESE JOURNAL OF LASERS, vol. 47, no. 11, JPN7022001677, November 2020 (2020-11-01), CN, pages 1106003 - 1, ISSN: 0004745107 *
TOYOSHIMA, MORIO: "Maximum fiber coupling efficiency and optimum beam size in the presence of random angular jitter for", JOURNAL OF OPTICAL SOCIETY AMERICA A, vol. 23, no. 9, JPN6022013476, September 2006 (2006-09-01), US, pages 2246 - 2250, ISSN: 0004745104 *
ZHAO ET AL.: "Analysis of detection error for spot position in fiber nutation model", CHINESE OPTICS LETTERS, vol. 18, no. 2, JPN7022001678, 8 February 2020 (2020-02-08), CN, pages 020604 - 1, ISSN: 0004745106 *

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