通信激光器及其调制技术研究进展

在光通信领域,激光器及其调制带宽、调制速率对无线光通信至关重要。对半导体激光器信号的调制方式主要有内调制和外调制两种。这两种调制技术具有各自的特点,适用于光纤通信中的不同领域,都是当前重要的研究热点。内调制激光器又称为直接调制激光器,因其具有高速传输以及低成本的特点,成为目前应用在第五代移动通信技术(5G)前传和数据中心中的高性价比光源。而外调制激光器不存在光源附加的Chirp,所以可以有效地克服光纤色散造成的复合二次差拍(CSB)失真。文章在回顾通信激光器及其调制技术发展历程的基础上,介绍了西安理工大学在该领域所做的工作以及取得的主要进展。针对半导体激光器发生非线性失真的内外因素进行讨论,仿真响应特性各参数、线性化补偿方法以及功率控制系统对光发射器件输出光源的作用,并分析了温度的起伏对激光器和调制器件输出功率产生的影响。采用折射率椭球基本理论和数值分析,分别在纵向和横向调制下,讨论出射光强随温度的变化趋势。结果表明,纵向调制下出射光光强随温度的变化趋势只与铌酸锂(LN)晶体折射率的变化有关;横向调制下出射光光强随温度的变化趋势不仅要受到晶体折射率的影响,还要受到晶体尺寸及其膨胀系数的影响,因此可以利用特殊尺寸的晶体来提高电光调制器的温度稳定性。

液晶空间光调制器及其在自适应光学中的应用

液晶空间光调制器(LC-SLM)通过对液晶折射率的调制来实现对光程的控制,在自适应光学中起着重要的作用。文章梳理了国内外LC-SLM的发展现状,对LC-SLM的工作原理和相位标定原理进行了详细介绍,针对LC-SLM在自适应光学中的应用,对国内外LC-SLM关键技术研究状况进行了讨论,分析总结了西安理工大学在该领域的实验研究。最后展望了LC-SLM的应用前景。

无线光通信中大气湍流噪声测量研究

光信号的强度闪烁、光斑漂移、光束扩展、到达角起伏等大气湍流现象会影响光信号在大气中的传输性能。本文将这种闪烁效应看作是光通信系统传输中的乘性噪声,推导了大气湍流乘性噪声模型,并进行了实验测量研究。结果表明:按照晴天、雾霾天、雪天、小雨天、中雨天、大雨天及阴天的顺序,湍流乘性噪声对光通信的通信质量影响加剧,大气折射率结构常数逐渐增大,噪声信号的偏斜度与陡峭度随之增加,导致光强信号的衰落概率变大;同时随着信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)的增大,系统的中断概率逐渐减小;而在相同的SNR下,中断概率随着大气折射率结构常数的减小而减小。研究大气湍流噪声对无线光通信系统的影响具有重要的意义,它为大范围、高速的无线光通信技术带来重要的技术突破,对无线光通信技术的发展起到重要的作用。

无线光通信中的信道均衡研究进展

在无线光通信中,信道不理想是影响系统可靠性的主要因素,而在接收端放置一个与信道特性相反的均衡器可以抵消信道对信号产生的负面影响,从而校正多径时延等因素带来的码间串扰问题,使信号在接收端得到恢复和重建。文章在总结国内外均衡技术研究进展的基础上,对比总结了各个典型信道均衡技术以作参考,包括迫零均衡、最小均方误差均衡、判决反馈均衡、Volterra均衡等。在实际应用中可以根据具体需求及均衡算法特点选择适当的均衡器来实现信道均衡。最后,展望了无线光通信中信道均衡技术的发展前景,为后续研究者在该领域的探索提供新的思路和参考价值。

部分相干光在大气湍流中传输特性的研究进展

光波在大气中传播时,由于大气折射率的变化,导致光强闪烁、光束扩展和光斑漂移等湍流效应,严重影响激光通信、跟踪和成像系统的性能。部分相干光受湍流影响更小,因此其传输特性成为近年来的研究热点。本文总结了国内外部分相干光在大气湍流中的传输特性研究进展,同时介绍了西安理工大学在该领域的研究工作,主要包括光强分布、光束扩展、光束漂移、光强闪烁、到达角起伏和偏振以及散斑特性等,最后对该领域的发展方向进行了展望。

变形镜及其控制算法研究进展

【目的】变形镜(DM)是自适应光学系统中实现波前校正的关键器件,其性能直接决定了系统的波前畸变校正能力。通过研究DM及其控制算法,可以不断改进自适应光学系统的校正能力。该研究一方面可以提高DM的精度和响应速度,使其更好地校正各种复杂的波前畸变,另一方面,可以改进控制算法,提高校正的效率和准确性。这些都将直接影响到自适应光学系统的成像质量和性能,因此,研究DM及其控制算法对于改进自适应光学系统的校正能力、扩展应用领域以及提升成像质量和性能具有重要意义。【方法】文章旨在梳理国内外关于DM及其控制算法的研究进展,分析不同的控制算法对波前畸变的校正精度,为自适应光学的发展奠定基础。首先以几种典型的DM为例,对DM的建模以及对分离促动器DM、拼接子DM、薄膜DM、双压电DM、微机电系统(MEMS)DM和音圈DM的结构及工作原理进行了详细介绍。接着分析了基于Prandtl-Ishlinskii(PI)迟滞模型的控制算法、解耦控制算法和稀疏采样控制算法等几种控制算法。【结果】文章总结了西安理工大学在该领域所做的工作,最后指出了未来在该领域的技术突破和改进方向。【结论】DM及其控制算法的研究为自适应光学的发展奠定了基础,使其应用于更多的领域,进一步提高自适应光学系统的性能。这将有助于改善成像质量,推动自适应光学技术的发展。

影响相干检测灵敏度的因素

【目的】相干光通信是一种高速、高质量和高保密的通信方式,而相干检测在相干光通信中有着极其重要的作用。高灵敏度的相干检测系统可以大幅提升相干光通信的距离,通过研究影响相干检测灵敏度的因素可以针对性地做出校正,从而提高检测的灵敏度。【方法】文章简要阐述了相干检测的原理,总结了该领域的国内外研究进展,分析了无线光相干检测系统产生的热噪声、散粒噪声、波前畸变、偏振失配角、光斑尺寸偏差和光轴偏转、耦合效率、探测器的性能和前置光放大器等方面对相干检测灵敏度的影响。【结果】结果表明,系统的热噪声和散粒噪声对检测灵敏度的影响可以通过控制本振光功率使其达到最小;信号光的波前畸变可以通过增加自适应校正系统来抑制;信号光与本振光的偏振失配角可以采用偏振控制补偿装置来补偿;光斑尺寸偏差和光轴偏转需要提高硬件的加工水平来减小这种误差;使用新型的探测器可以在一定程度上提升探测器的性能;前置光放大器能够对微弱的信号光进行放大,对提升检测灵敏度十分重要。【结论】文章分析了影响无线光相干检测灵敏度的因素,总结了近年来国内外学者提高检测灵敏度的方法,为实际应用中检测系统灵敏度的提升提供了理论参考,对相干光通信系统性能的提升有着重要的意义。

OWC/RF混合通信系统研究进展

无线光/射频混合通信系统克服了单一通信系统的局限性,在最大发挥无线光通信优势的同时弥补了射频通信的不足,显著提高了链路的可用性和可靠性,为未来高速大容量的信息传输提供了独特的解决方案。对近年来无线光/射频混合通信系统的研究进展进行了综述,首先介绍了不同混合通信系统模型的工作原理与应用,然后讨论了混合通信系统所面临的挑战和解决方法,最后展望了无线光/射频混合通信系统的未来发展趋势,旨在为无线光/射频混合通信系统的进一步研究和发展奠定基础。

水下无线光通信模型及其实验研究进展

为了分析水下无线光通信技术在海洋湍流中的传输行为,基于水下非视距(NLOS)传输模型、水下信道模型和相关实验,对水下无线光通信技术进行了全面总结,并分析了蓝绿光在3种不同NLOS传输模型下的传输特性。结合先前的实验结果,阐述了光在水下传输过程中吸收散射及湍流效应对水下折射率结构常数和概率分布的影响机理。同时,对水下光通信实验进行了总结,通过研制的光学系统验证了不同传输速率和不同距离下的水下光通信性能,并对水下无线光通信未来的发展方向进行了展望。

LED可见光通信的研究进展

LED以其节能、高效、耐用、绿色、环保等优点受到社会的高度重视,在显示屏、交通信号灯、液晶屏背光、温室补光和日常照明,乃至通信等诸多方面有广泛的应用。本文从LED的原理出发,阐述了白光LED的原理和材料器件进展。针对白光LED在可见光全双工通信中的应用,对LED的光学设计、驱动电路和信道建模进行了讨论,并引用实验进行了验证,最后对LED未来的发展进行了展望。

锁相环技术的研究进展

电锁相环(PLL)在无线通信系统、导航、雷达等领域中都占据相当重要的作用,它影响了整个系统的数据处理速率、时钟相位信息的提取等。光学锁相环(OPLL)具有高速实时接收、功耗低、抗背景光干扰能力强、抗多普勒频移等优势,是相干光通信系统的关键电路模块,其性能直接影响光通信系统性能,光锁相环的研究主要针对其参数进行优化和改进。综述了由电锁相环到光锁相环技术的研究进展,在对其原理和关键组件介绍的基础上,详细介绍了电锁相环和光锁相环的分类和参数指标,比较各类光锁相环的性能,总结了无线光相干通信系统中的光锁相环技术,最后对其未来的发展方向进行展望,可为锁相环技术在不同领域的研究和发展提供参考。

大气湍流模型与大气信道模型的研究与展望

为了克服大气湍流效应对无线光通信系统性能的影响,必须建立能准确描述大气折射率起伏的湍流模型。总结了国内外学者在大气湍流模型方面的研究进展,对不同大气湍流模型的理论建立进行深入分析并对比了其适用范围,同时介绍了在实际大气湍流中实验测量所建立的大气信道模型,最后对大气湍流模型的发展趋势进行了展望。

无线光通信自适应阈值检测技术研究进展

光信号在大气湍流信道中传输时会引起信号衰落和光强闪烁等现象,接收端采用固定阈值检测无法正确恢复出基带信号,需要对接收信号判决阈值进行自适应调整。自适应阈值检测技术能够有效抑制大气湍流效应,是改善无线光通信系统的误码性能、提高系统可靠性的重要手段,其检测性能主要针对阈值检测算法和反馈机制等方面进行优化和改进。回顾自适应阈值检测技术的发展历程,从无线光通信系统结构出发,根据贝叶斯最大似然估计和最大后验概率准则,推导了接收信号的最优判决阈值模型,通过比较接收信号和最优判决阈值解调出基带信号。分析了基于最小均方误差滤波、卡尔曼滤波和渐消卡尔曼滤波3种算法的典型自适应阈值检测模型,分别适用于平稳输入信号和非平稳输入信号,同时介绍了西安理工大学在自适应阈值检测领域使用高阶累积量代替传统二阶统计量的相关研究工作,最后对未来该领域发展趋势进行总结和展望,可为未来无线光通信自适应阈值检测技术的研究和发展提供一定的参考借鉴。

四象限探测器光斑检测原理及其研究进展

光斑检测技术在现代科学研究与应用中扮演着重要角色,四象限探测器由于其具有探测灵敏度高、信号处理简单和抗干扰能力强等优点,在光斑检测技术中得到了广泛的应用,是捕获、跟踪和瞄准系统中的关键器件。首先介绍了光斑检测中常用的光斑模型和四象限探测器检测光斑原理,然后分析了国内外在四象限探测器检测光斑方面的研究成果,以及影响四象限探测器检测光斑精度的因素和常用的光斑检测算法,同时介绍了四象限探测器的光斑检测系统,包括光束对准检测系统、四象限探测器跟踪通信复合系统和微纳激光通信系统。最后,展望了光斑检测技术的发展前景。

室内可见光通信异构融合系统研究进展

为了提高可见光通信系统性能,将可见光通信技术与其它通信技术异构融合,能使各类技术取长补短,增强通信系统容量,提高资源利用率。介绍了可见光通信分别与电力线通信(PLC)、WiFi、以太网、长期演进(LTE)网络、第五代/第六代移动通信技术(5G/6G)融合的方法及发展现状,对可见光通信异构融合系统的未来发展做了展望。

室外可见光通信路径损耗模型研究

针对室外可见光通信系统受到不同天气条件的影响,本文考虑了车辆到车辆的通信链路,提出了一种室外可见光通信路径损耗模型,并通过实验测量验证了模型的可靠性。仿真分析了可见光在雨天、雾天、雪天的衰减,实验分析了不同天气条件下接收光功率的概率密度函数,讨论了不同信噪比以及不同通信距离下的接收误码率。仿真结果表明,降雨对可见光的衰减从大到小依次是:暴雨、小雨、大雨、中雨;降雪对可见光的衰减随着降雪强度的增大而增大,降雪强度相同时,干雪的衰减比湿雪大;雾天对可见光的衰减随着能见度的减小而增大。实测结果表明,路径损耗模型符合高斯分布,路径损耗越大,接收信号概率密度函数的方差就越大。

混频器研究进展

混频器是电子通信系统中必不可少的部件,是外差接收机和微波测量仪器的前端电路,在微波通信、雷达以及许多微波测量系统都有应用。随着光通信的发展,相干光通信中的光混频器件在相干接收终端以及光学测量系统中也发挥着重要作用。本文由电混频器着手,对光混频器、以及太赫兹频段的混频器的工作原理和发展现状进行阐述,并且对西安理工大学在光混频器领域的工作进行了简要介绍,最后对混频器未来的发展趋势和发展前景进行展望。

自适应光学中的模式法

自适应光学(adaptiveoptics, AO)能够有效校正无线光通信系统中由大气湍流造成的波前畸变,模式法作为自适应光学控制算法,对提高自适应光学系统的性能有着显著的效果。本文系统阐述了Zernike模式法、变形镜本征模式法、Lukosz模式法及Legendre模式法在自适应光学领域的国内外研究进展,详细介绍了常见的模式法及校正原理,同时简要介绍了自适应光学系统波前畸变校正质量评价方法及模式法在波前畸变校正的应用,给出了模式法的研究重点主要是减小偏差及提升速度精度。这些直接关系到波前畸变校正能力的大小,影响自适应光学系统的性能。

空间光-光纤耦合技术进展与实验研究

总结了国内外空间光-光纤耦合技术在无线光通信中的研究进展,以提高空间光-光纤耦合效率为主线,介绍了西安理工大学在该领域的工作,包括空间光光纤耦合自动对准技术、自由空间光模式转换技术、空间光光纤耦合自适应光学波前校正技术、马卡天线的收发一体化技术。介绍了大气湍流中透镜阵列和单透镜耦合至单模光纤的耦合性能、大气湍流中马卡天线作为接收天线时的空间光耦合性能方面的研究进展。最后展望了无线光通信中的空间光-光纤耦合技术的发展前景。

探测器及其噪声模型研究进展

无线光通信系统中,接收端由光电探测器实现光电转换,而探测器中存在的噪声会直接影响光电转换效率。文章以无线光通信为背景,根据光电探测器噪声的产生机理,对探测器的散粒噪声、产生-复合噪声、1/f噪声和热噪声分进行描述,并且给出相对应的数学模型。结合具体的雪崩光电探测器、正本征负探测器、光电倍增管、四象限探测器、量子点红外探测器、平衡探测器及双平衡探测器分别分析各自的噪声模型。最后指明了该领域的进一步研究工作方向。