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零差相干光通信以其在星间通信领域高灵敏度、高通信速率、超长通信距离和抗干扰能力强等优点成为未来星间通信研究重要发展方向。在锁相环路中保证信号光及本振光相位锁定的情况下,零差相干光通信系统的灵敏度可以达到量子极限的水平,而作为锁相环路关键技术的光混频器的选取非常重要,基于不同类型光混频器构成的锁相环路与通信系统的性能差异较大,具有重要研究价值。本文以能够最大程度发挥零差相干光通信系统高灵敏度优点的BPSK光学相位调制格式和1064nm相干光通信为研究背景,对零差相干光通信技术进行了深入研究。根据实验实际条件选取平衡锁相环与科斯塔斯锁相环为代表,深入分析180°光混频器和90°光混频器的工作原理和优缺点,计算得到相同噪声影响情况下两种锁相环路的零差相干光通信系统在误码率为10-9时极限灵敏度分别为15photons/bit和13photons/bit,并结合结构模型和公式推导对90°光混频器进行了详细的理论分析。其次结合理论分析结果在Matlab中仿真分析激光频差、光程差、???波片、??2波片和偏振分光镜对90°光混频器相对相差影响程度;随后应用Simulink仿真平台分别搭建90°光混频器科斯塔斯锁相环的零差相干光通信模拟系统和180°光混频器平衡锁相环的零差相干光通信模拟系统,测试不同光混频器下两种环路的模拟系统在相同噪声影响情况下的通信眼图和极限灵敏度及其相应的误码率,结果验证了90°光混频器通信性能优于180°光混频器的零差相干光通信系统的正确性。最后参考理论分析和仿真结果,搭建不同类型光混频器的零差相干光通信系统实验平台。通过调节温控电路和压控电路,在平衡锁相环路持续稳定锁相情况下,实验测得通信速率为1.25Gbps时,最高通信灵敏度可以达到-51d Bm,此时误码率为9.72?10-5;搭建科斯塔斯锁相环路的零差相干光通信实验系统,在环路稳定持续锁相情况下,实现了初步的通信效果。