光储备池通感一体通信噪声抑制方案(封面文章·特邀)

通感一体技术可利用已大范围铺设的光纤网实现智能传感,具备智能识别、信息融合优势。在同波长通感共传信道中,通感信号串扰及光纤传输噪声严重影响通信信号质量,需提升发射功率来保证低误码率,但增大了非线性噪声和功耗。提出了基于光储备池计算神经网络的通感共传信道通信失真均衡方法,搭建了信道均衡仿真系统,实现了低发射功率下前向通信信号噪声均衡。周期线性调频光和56 Gb/s四电平脉冲幅度调制信号分别用于分布式瑞利散射传感和数据通信。仿真结果表明,在5~14 dBm入纤功率时,与未均衡信号相比该方法可提供高于3个数量级以上的误码率优化。此方法在短距离模块间15~24 km光纤传输和0.5~2.0 GHz带宽线性调频感测脉冲下均实现了2个数量级以上的误码率下降。依托光储备池计算芯片的低能耗和低延时优势,该方法可为进一步提升通感一体系统中噪声抑制能力提供理论支撑。

电磁场与电磁波演示实验设计的探索与实践

演示实验能够活跃课堂氛围,有助于学生更好地学习电磁场与电磁波的理论知识。但是不少专业的实验仪器成本高昂、不易携带,开展课堂演示实验难度较大。针对上述问题提出了三个电磁场与电磁波演示实验的设计方案,并对实验操作细节进行了讨论。实验取材于生活中常见物件,实验开展门槛低,贴近生活,能够有效提升学生的学习兴趣。

基于集成光子储备池的时间序列任务预测 (特邀)

光子储备池因其反馈连接的拓扑结构,在时间序列任务中展现出巨大潜力,主要形式包括延时型、波导型、空间光型和空腔型储备池。其中,波导型集成光子储备池具有并行输入和高集成度的特点,在时间序列二进制任务中表现突出。然而,针对更复杂的模拟数值预测任务,传统方法下的单个集成光子储备池因物理节点数量有限,导致计算性能不足。为解决这一问题,提出了一种32节点梅花形光子储备池芯片,外围节点作为输入输出节点,各输入节点通过强度调制引入非线性效应,接收不同的调制信号,各输出节点基于历史数据,采用向量自回归算法进行训练,从而实现更高效且精确的时间序列预测任务。研究结果表明:通过优化输入策略、芯片设计和训练算法,32节点集成光子储备池相较于传统延时型光子储备池,在预测任务中的RMSE和NMSE指标分别提升了两个和一个数量级,使波导型集成光子储备池在时间序列预测任务中成为有力竞争方法。

∝型平坦展宽频谱可调全光时延线

根据全光网交换和高速时分复用技术对时延调节的需求,提出一种新的基于光纤非线性效应的∝型全光再生可调时延线。该时延线由小段高非线性光纤、色散补偿光纤、光纤光栅滤波器和光纤放大器等构成;利用自相位调制、小量群速度色散效应、以及光波分裂效应获得携带近似线性时延的平坦化展宽光谱,并在波长可调谐光纤光栅的配合下实现时延控制,同时具有对工作波长进行适当变换的功能。单皮秒脉冲演变数值分析显示其在10nm的波长范围内的调节量可达300ps以上,在40Gbps脉冲序列仿真传输实验中Q值可达23.6。仿真实验结果表明:设计的时延线在保证输出脉冲质量仍然良好(比特误差率(BER)10-12)的情况下获得了较大的时延调节量,能满足全光网和高速时分复用系统的需求。

基于光纤叠栅的全光纤声光可调谐滤波器的特性分析

本文提出了一种基于光纤叠栅的全光纤声光可调谐滤波器,与普通光纤布拉格光栅型全光纤声光可调谐滤波器相比,该滤波器能够对光纤叠栅的两个中心波长进行同步调制.理论分析了声波频率和声致应变幅度对基于光纤叠栅的全光纤声光可调谐滤波器的传输光谱的影响,结果表明,各阶次反射峰分别以两个主反射峰为中心呈对称关系,且主反射峰与其所调制出的次反射峰之间的波长间隔与声波频率成正比,而两个主反射峰所调制出的同阶次反射峰之间的波长间隔与声波频率无关;声致应变幅度主要影响主反射峰及次反射峰的反射率的变化.实验中,分别测试声波频率为390 kHz和710 kHz的基于光纤叠栅的全光纤声光可调谐滤波器的传输光谱,实验结果的变化趋势与仿真分析结果相一致.

瓦斯监测层次型无线传感器网络拓扑控制机制

为改善煤矿瓦斯监测能力,提出并实现了基于Z igBee协议的层次型无线传感器网络的拓扑控制机制。层次型网络拓扑结构的建立过程包括上层骨干网的建立和下层基础网的建立,其中上层骨干网络的建立又包括协调器建网和簇首节点入网2个过程。设计了网络节点的地址分配策略,分配过程包括协调器给簇首节点分配地址和簇首节点给端节点分配地址。针对网络运行过程中可能出现的网络拓扑结构变化问题,如端节点离开或加入网络,设计了相应的处理机制。实验室和煤矿现场试验结果都表明所提出的拓扑控制机制能顺利生成网络,且能对出现的一些拓扑结构变化进行相应的处理。

移动通信终端小型宽频带PIFA天线研究

针对移动和无线通信终端小型化、宽频带以及多系统融合的趋势,提出了一种实用的小型化宽频带内置式平面倒F型天线。商用电磁仿真软件计算结果表明,该天线在1.67～4.05GHz频段范围内回波损耗小于-10dB,相对带宽达到83%,超出现有的同类天线,可同时覆盖DCS1800、PCS1900、WCDMA、UMTS、WiBro、WLAN和DMB等多种移动通信系统的频段。同时,该天线自由空间辐射方向性图和增益也都满足无线通信终端的要求。此外,实际制作了天线并进行了测试,测试结果与仿真结果吻合较好。

160Gbps光通信系统中光纤准直器的基准插入损耗与功率代价研究

在几何光学和高斯光束传输理论的基础上,运用矩阵光学原理与高斯光束耦合理论,分析了基于自聚焦透镜光纤准直器引入高速光通信系统的基本插入损耗、回波损耗等特性,并采用光纤衰减基准测试方法对理论计算进行了实验验证.在160 Gbps光通信系统中分析了该器件对系统传输性能的影响,对误码率曲线进行了测试对比,讨论了光纤准直器增大系统功率代价的原因.

电吸收调制器及其在现代光子技术中的应用(本期优秀论文)

对EAM在超短光脉冲产生、全光信息处理(3R)、光时分复用(OTDM)和波长转换等下一代全光通信网中的若干重要应用进行了分析和论述,同时介绍了目前国际上在相关领域研究的进展情况。

反向泵浦光纤拉曼放大器的实现与传输实验

文章设计并实现了C+L波段4泵浦光纤拉曼放大器(FRA),讨论了泵浦驱动电路的设计及掺铒光纤放大器(EDFA)与FRA 150 km混合传输的传输性能。实验结果表明,驱动电路可以稳定可靠地工作,当拉曼放大器的增益<5 dB时,信号的误码性能不会得到显著提高。实验结果可为EDFA与FRA混合传输系统中增益的配置提供参考。

集成光子储备池的可调谐光滤波器

为了适应滤波、波分复用等不同的应用场景,光子滤波器需要具备可调谐以及滤波形状可变的功能。提出一种集成光子储备池结构的新型可调谐光滤波器。该结构由输入层、储层、读出层三部分组成,输入层由2×1多模干涉仪组成,储层由定向耦合器以及波导组成,按螺旋拓扑规律相互连接组成梅花型网格,匹配粒子群寻优算法进行全光域训练,利用读出层的热光调制器和相移器对光信号的幅度和相位进行调整,实现无限冲激响应型与有限冲激响应型可调谐光滤波器。以无限冲激响应型光滤波器仿真结果为例,分析其自由光谱范围与储层中波导长度的关系,以及定向耦合器分光比对透射端透过率的影响。通过设置储层中波导的相位在0~3/2π范围内变化,实现了光滤波器中心波长在一个自由光谱范围(1.18 nm)内的连续可调。该滤波器采用集成光子储备池与粒子群算法结合方案设计,无需考虑储层光网络传输路径的权重配置,仅对读出层权重进行训练,大大简化了网络训练过程。同时,该滤波器具有尺寸小、功耗低、灵活性高、算法可控滤波参数的优势,广泛应用于集成微波光子学和光通信领域中。

载波频率漂移对相位生成载波解调结果的影响分析

从载波相位调制解调原理出发,理论分析了载波频率漂移对解调结果的影响.通过对解调公式的推导及分析,给出了频率漂移对解调结果影响的公式.结果表明,当混频基频信号的频率与载波频率存在微小频差时,解调结果将出现低频调制,严重影响解调效果;仿真及实验验证结果与理论分析完全吻合.

大长度高精度侧面研磨光纤关键技术及应用

自主研制了光纤轴向研磨厚度精确控制装置和电弧放电光纤研磨截面高精度抛光装置。通过高精度压电陶瓷PZT调节光纤侧面的研磨厚度,研磨精度达0.01μm。通过定位传感器控制光纤的研磨长度,可实现长度大于100mm的光纤侧面研磨。采用低热膨胀系数微晶玻璃作为研磨块,大大降低研磨损耗。微晶玻璃上刻制多个V型槽,可实现多光纤同时轴向研磨,极大地提高了光纤研磨效率。利用电弧放电所产生的高温将研磨光纤的表面进行熔化,从而有效消除研磨光纤表面的粗糙度,抑制微裂纹或凹坑造成的较大损耗。利用上述装置,可精确控制光纤侧面研磨厚度,为高精度双折射可控保偏光纤光栅、基于光纤光栅辅助耦合波分复用(WDM)下话路器等光器件的研究奠定了基础。

基于模场自积增强检测的光纤声光旋转传感器

介绍了一种应变不敏感的基于模场自积增强检测的光纤声光旋转传感器.通过调节加载到光纤声致光栅上的微波频率能使双模光纤输出高纯度LP_(11)模式.采用自积增强算法显著提高传感分辨比例,改善探测速度,实现对环境旋转角度变化的动态监测.传感器在0°—180°的测量范围内,角度最大测量误差范围小于11%;在轴向应变为100—1500με之间对应变不敏感.

基于偏振调制的最优接收灵敏度的ROF链路研究（英文）

提出了一个基于偏振调制的最佳接收灵敏度ROF链路系统。其根本原理在于实现具有最佳光载波边带比(OCSR)的光单边带调制技术,为此,利用偏振调制和滤波技术,线偏光首先经由一个特定偏振角α进入偏振调制器,然后一个固定起偏角β的起偏器被用来合并偏振信息,最后利用一个光滤波器实现光双边带调制到光单边带调制的转换。研究发现所获得的OCSR只与两个偏振角(α和β)有关,通过仔细调节上述指标,可以将OCSR调谐至最佳值0 d B。利用仿真验证了上述结论,仿真发现通过将OCSR调谐至最佳值将大大提高ROF链路的接收灵敏度。

双光束干涉型光纤传感器灵敏度与精度受光源谱分布特性的影响分析

基于对双光束干涉型光纤传感器原理的分析,针对洛仑兹、高斯、矩形3种典型光源谱分布,通过对谱分布线宽与光电管接收端功率谱密度之间关系的定量分析,讨论了3种典型光源谱分布特性对传感器灵敏度的影响。假设光场为稳态、遍历随机过程,定量分析了光源谱线宽与接收端相位改变量之间的关系,对比了3种光源谱特性对于传感器精度的影响。结果表明:当时延小于阈值时,采用洛仑兹光源谱的传感器灵敏度最大;当时延大于阈值时,采用矩形光源谱的传感器灵敏度随时延呈周期振荡变化。同时,3种光源谱分布下,洛仑兹光源谱分布线宽对传感器精度的影响最大,矩形光源谱分布线宽对传感器精度的影响最小。

基于光纤拉锥及相位调制的可切换多波长掺铒光纤激光器(英文)

研究了一种全光纤可切换多波长掺铒光纤激光器。该激光器利用一段缠绕在压电陶瓷上的单模光纤作为正弦相位调制器以及基于光纤拉锥的马赫-曾德尔干涉仪作为梳状滤波器,抑制由于掺铒光纤的均匀展宽效应引起的模式竞争,从而避免了在室温下不稳定的单波长激射,实现了多波长掺铒光纤激光器的稳定输出。实验中观察到稳定的5个波长的同时激射,相邻波长间隔为0.804 nm。信噪比大于40 dB,3 dB带宽约为0.023 nm,中心5个波长输出功率的平坦度为14 dB。同时,激光器具有灵活的波长可切换特性,通过调整驱动信号和偏振控制器的状态,实现了单波长、双波长、三波长以及更多波长的输出。该激光器可应用于大容量波分复用系统和光纤传感。

40Gbps NRZ在基于宽带CFBG色散补偿的G.652光纤中无电中继传输500km

在基于宽带CFBG色散补偿的G.652光纤中,40Gbps NRZ码无电中继传输500km,在误码率BER=10-10下的功率代价约为2.2dB,积累1h的误码率为7.3×10-12。传输系统中采用的CFBG的3dB带宽约为1.2nm,中心波长处时延纹波小于25ps,反射谱纹波小于2dB,差分群时延小于1ps。传输时采用低成本的温控法取代昂贵的电路评估版稳定LiNbO3调制器的直流偏置点,实验效果显著。

微带线拐角传输及反射特性的研究

应用矩量法,对90°拐角及其45°切角的微带线特性进行了研究。当不连续处的影响比较小的时候,例如微带线的拐角,微带线两端的微小失配将严重影响拐角处S参数的计算精度,本文提出了一种新方法对其进行处理,提高了计算结果的精确度。结果表明,选用合适切角,微带线的传输特性将会有较大改善。本文最后列表给出了不同介电常数和不同宽高比时最佳切角大小。

脉冲形状对脉冲经光纤放大器传输后功率增益的影响

基于描述脉冲放大过程的时间相关非线性辐射迁移方程,对不同形状脉冲经掺镱光纤放大器传输后的功率特性进行了分析,该方程同时考虑了光与介质的相互作用.数值结果表明,在相同的脉冲能量下,不同形状脉冲经放大器放大后的功率增益随入射脉冲形状不同而不同,并且功率增益的差异在脉冲前沿比较大.这使得放大器输出脉冲峰值向前沿的偏移量以及峰值功率的放大倍数都与脉冲形状有关.尤其是当入射脉冲的能量较大时,不同形状脉冲的峰值功率的放大倍数明显不同,以超高斯脉冲为最大,高斯脉冲、双曲正割脉冲次之,洛伦兹脉冲最小.