高温环境下油田测井信息光纤传输方案的设计

针对传统测井传输方案的不足,设计了一种高温测井信息光纤传输方案。采用TI公司MSP系列低功耗单片机作为井下测控芯片,高温光模块为信号收发器,耐高温光纤为传输介质。上位机不仅能向下发送命令来控制井下钻机和传感器,也可将该链路回传的测井信息(比如温度、压力、电阻值等)显示出来。实验结果表明,该方案不仅能够长时间在高温工作环境下(110℃)实现测井信息的远距离宽带传输(可达2Mbit/s),而且能够提供灵活的扩展方式,使占用空间更少、重量更轻。

光子晶体环形谐振器特性研究

文章采用FDTD(时域有限差分)法,通过数值计算得到了一种新型PCRR(光子晶体环形谐振腔)的宽带频响特性,并分析了介电常数对PCRR传输特性的影响。在此基础上建立了一个三波长的光子晶体分频器,结合对该模型中光场强度动态分布图的分析,实现了在1 5001、550和1 610 nm 3个波长处的分频功能。数值结果表明:与微腔特性相比,PCRR能同时得到多个窄频信号,并且在多波长分频器中可以减少微腔的个数;与波导耦合相比,在结构参数设计上更加灵活。

基于LEACH和PEGASIS的簇头成链可靠路由协议研究

减少能耗、延长网络寿命是无线传感网络的关键技术。基于LEACH和PEGASIS算法,提出一种改进的有效路由算法。改进的算法规定LEACH中簇头数目为5个,利用PEGASIS算法使簇头成链,并选择剩余能量最多的簇头传送信息给基站。在选择簇头时,考虑节点的剩余能量,给节点设置一个能量阈值,小于该值则不能当选为簇头,因此提高了网络的健壮性。理论分析和仿真结果表明,改进后的算法比LEACH算法生命周期提高117%~351%,且能耗更加均匀,同时与PEGASIS相比,时延提高290%。

基于DV-hop的无线传感器网络定位算法研究

DV-hop算法是无线传感器网络中一种典型的定位算法。系统分析了DV-hop算法中对定位误差有较大影响的节点通信半径、锚节点个数、总节点个数等几个重要参数,并进一步给出仿真结果。通过仿真结果分析得出上述参数的较优值,降低使用DV-hop算法时无线传感器网络的定位误差。理论分析和仿真结果表明,参数优化后的算法有效的降低了节点的定位误差。

基于ZigBee的低功耗井下人员快速定位系统的研究与设计

设计了基于ZigBee协议的低功耗井下定位系统总体方案。该方案主要从硬件设计低功耗、软件设计低功耗角度考虑,选取了一种低功耗SOC(片上系统)芯片CC2530作为核心控制芯片进行节点的设计;软件方面采用TI领先的低功耗Z-Stack协议栈,优化软件控制的各个环节;在定位算法上经过对已有的算法比较的基础上采用按需定位算法,该算法只是对需要定位的移动用户节点进行坐标计算,实现按需性、即时性,避免全部节点参与运算,这样可以较大程度的降低网络能耗.提高定位速度。

槽型腔表面等离子体滤波器特性研究

为了降低槽型腔滤波器透射频谱的FWHM(半高全宽),采用FDTD(时域有限差分法)对基于MIM(金属-介质-金属)波导的单槽型腔滤波器和级联槽型腔滤波器结构进行了数值模拟,并用耦合模理论对其透射频谱进行了分析。仿真结果表明,级联槽型腔滤波器能够有效抑制透射频谱的FWHM,其透射频谱的FWHM仅为单槽型腔结构的30%～40%。

光纤光栅群时延纹波对微波光子滤波性能的影响

建立了一种研究光纤光栅群时延纹波(GDR)对微波光子滤波性能影响的理论模型,探讨了群时延纹波对相干光源型和非相干光源型微波光子滤波器性能的影响。基于该理论模型,分别在随机分布的GDR和实测GDR影响下,分析了微波光子滤波器幅频响应、相频响应的演变趋势。相干光源型滤波器中,GDR主要影响体现为陷波点频率的偏移,而非相干光源型滤波器中GDR则导致幅频响应形状和线性相位畸变;而在多抽头情形下,GDR导致边模抑制比下降和消光比劣化。

分布式光纤传感器温度与应变区分的研究

针对分布式光纤传感器系统中温度和应变同时存在的问题,给出了一种联合受激布里渊散射(SBS)和后向瑞利散射来解决此类交叉问题的方法。根据光纤中SBS,后向瑞利散射与施加在光纤上的温度和应变的相关特性,分析了温度和应变对SBS,瑞利散射的影响。数值求解出在泵浦光入射端接收到的SBS信号光功率和后向瑞利散射光功率。由应变补偿并解调SBS信号光功率获得温度信息,并分析了应变对温度精度和空间分辨率的影响。

基于偏振模干涉的可变系数微波光子滤波器

基于偏振调制和光的干涉原理,设计了同时具有正系数和负系数特性的微波光子滤波器,并通过搭建实验模型证实了方案的可行性.利用偏振调制及光的偏振特性实现载波和一阶边带的正交偏振,并通过改变偏振调制器的偏置电压分别对载波和一阶边带引入相移.当载波和一阶边带的相位差为0°或90°时,利用保偏光纤快慢轴上两正交偏振光在同一偏振态上的干涉效应,分别对应实现具有负系数或正系数特性的微波光子滤波器.最后,测量并验证了0～15 GHz频率范围内滤波器的频率响应.

基片式光纤光栅应变传感器增敏结构研究

改变光纤光栅(FBG)传感器的封装结构在提高传感器的测量灵敏度、保护传感器方面具有重要的作用。在传统应变片封装结构的基础上,设计了一种具有新型增敏结构的基片式封装结构。对新型封装的结构参数与传感器应变灵敏度之间的关系进行了仿真分析,并与一般封装结构的特性进行了对比。仿真结果表明,在整体尺寸相同的情况下,采用新型增敏结构应变片的应变灵敏度为463με/N,是一般封装结构应变片的3.4倍。对FBG传感器进行了封装处理和对比测试实验,实验结果与理论设计相符合。

SLM结合限幅算法提高CO-OFDM系统性能的研究

分析了CO-OFDM(相干光正交频分复用)系统中各个子载波之间的序列相关性对系统性能的影响,并提出了使用SLM(选择映射)法结合限幅算法来降低CO-OFDM各个子载波之间的序列相关性,抑制系统中FWM(四波混频)效应导致的损伤,以提高CO-OFDM系统性能。理论分析和仿真结果表明,该方法在误码率为10-3的情况下,与SLM法和限幅算法相比,灵敏度分别提高约1.8和3.4dB。

含间隔层的增益导引-折射率反导引平面波导激光器中高阶模式抑制研究

为了抑制高功率波导激光器中的高阶模式,改善其光束质量,基于增益导引-折射率反导引理论,在对称分层波导结构中添加了一层间隔层,进一步加大了高阶模式与基模之间阈值增益系数的差异,利用这种模式竞争抑制高阶模式.同时从波动方程出发,推导出各模式的本征方程,并给出了基模和高阶模的场分布.引入间隔层之后的高低阶模式损耗计算结果表明,通过合理地选择间隔层参数,可以有效地抑制高阶模式.

基于光子晶体光纤高质量超连续谱的优化设计

采用分布傅里叶方法模拟了光子晶体光纤超连续谱的产生,分析了超连续谱的产生机理与不同光子晶体光纤超连续谱的特点,分析结果表明,在正常色散区可以获得高质量超连续谱。优化光子晶体光纤结构,利用脉宽为100fs、峰值功率为500W的高斯脉冲通过10m长的优化光子晶体光纤,在1 550nm波段获得了宽度为210nm、平坦度为3dB的超连续谱。

面向密集光纤布拉格光栅传感网络的微波光子解调技术研究

传统基于频域-时域变换的微波光子解调技术应用于光纤布拉格光栅(FBG)传感网络时,为精确解调每一个FBG峰值,须确保对应时域响应信号不发生叠加,这对传感网络中FBG的空间间隔和波长间隔提出了严格要求,限制了微波光子解调技术的应用范围。针对存在的问题,将一种有效的元启发式算法,即算术优化算法(AOA),引入到基于频域-时域变换的微波光子解调技术中,实现了在时域信号叠加下对FBG的精确解调。实验构建了包含6个FBG的传感网络,通过对某一FBG施加轴向应变,验证了在时域信号部分叠加和完全叠加下AOA对FBG峰值解调的可行性。此外,与其他6种元启发式算法进行对比分析,验证了AOA在解调精度、解调速度与收敛效率等方面的性能优势。AOA提升了微波光子解调技术面向密集光纤布拉格光栅传感网络的解调能力。

二维三角晶格介质柱光子晶体线缺陷波导慢光研究

以二维三角晶格介质柱光子晶体线缺陷波导为研究对象，通过平面波展开（PWE）法对光在波导中传输时的慢光特性进行了仿真分析，发现光子晶体的填充因子以及线缺陷中的柱子半径大小决定了慢光导模在光子带隙中的传输特性。随着填充因子的增大，光子晶体波导的导模群速度迅速减小。缺陷柱的半径大小对导模群速度的影响要强于填充比。通过调整填充因子和缺陷柱半径．得到了导模群速度小于0．01c的波导结构。结合慢光导模的群速度色散（GVD）特性分析，发现极慢光区域的GVD值位于10^5～10^6量级，能够保证光的高效传输。

基于二次相关算法的双M-Z光纤传感器的定位方法

双马赫-曾德干涉仪型分布式光纤传感系统因灵敏度高而易受环境噪声及系统噪声的影响,使得利用直接互相关算法计算扰动信号位置存在较大误差.采用二次互相关算法,先对两路接收信号做互相关运算,再与其中一路信号的自相关结果做互相关运算,通过对两路信号的时延估计对扰动信号定位,减小了噪声带来的误差并提高计算准确度.对该算法进行了理论仿真和分析,搭建了实验装置进行了实验验证.实验结果表明,与采用直接互相关定位算法结果比较,采用本文算法能够有效提高系统对扰动信号的定位准确度,且具有较高的实时性.

外光注入半导体环形激光器同时产生两路宽带混沌信号

本文将交叉反馈半导体环形激光器(SRL)产生的两路混沌信号平行单向注入到从激光器对应的模式中,构成了宽带混沌激光生成方案.通过建立速率方程,数值分析了失谐频率和注入强度对系统带宽及安全性影响.利用强度时间序列的频域变化规律揭示了带宽增强的物理原因,并且对增强区域不对称进行了解释.仿真结果表明:两路混沌信号的带宽增强路径相似.在非注入锁定区域,选择较高失谐频率以及适当的注入强度可以实现两路信号的带宽以及不可预测度同时增强.通过分析混沌信号的光谱可知注入混沌光与从激光器激光之间的拍频作用产生的高频振荡是导致带宽增强的物理原因.主激光器发生红移现象导致带宽增强区域呈现不对称,并且负失谐频率下容易实现带宽增强.非对称注入强度使得注入锁定区域缩小,拓宽了高注入强度下带宽增强范围.

级联槽型腔表面等离子体滤波器

提出一种中心波长随槽型腔腔长线性变化、透射率随耦合距离可调的级联腔表面等离子体滤波器。该滤波器由输入波导、两个级联的介质槽型腔和输出波导组成。通过级联两个相同的槽型腔,共振模被分离从而实现窄带的双通道滤波器;进一步调节输出波导的位置,能够将双通道分离,实现单通道的滤波。通过时域有限差分法和耦合模理论对模型进行仿真分析,结果表明,该滤波器的最小半高宽低至20nm。同基于单槽型腔的滤波器相比,半高宽显著减小。

一种求解级联拉曼光纤激光器的方法

根据适应度函数的具体情况改进了微粒群算法,与基本微粒群算法相比,其复杂函数的寻优能力得到了提高。利用改进的微粒群算法对不同结构的拉曼光纤激光器理论模型对应的适应度函数进行了算法测试,保证适应度函数精度(10-5)的情况下,计算时间不超过15 s。与Newton-Raphson打靶算法配合时,有效地缩短计算时间、提高打靶算法稳定性和计算精度。最后,利用该算法数值分析了二阶掺磷拉曼光纤激光器输出端反射率、光纤长度和泵浦功率对输出功率的影响。

基于二阶Loyt-Sagnac干涉仪的灵敏度增强温度传感器

通过在基于高双折射光纤Sagnac干涉仪的Sagnac环内增加一段高双折射光纤并控制两段高双折射光纤的熔接角度,设计制作了二阶Loyt-Sagnac干涉仪结构.利用Jones矩阵对反射谱特性进行了理论推导,对光束入射角度和高双折射光纤长度进行了优化,并对两种结构的干涉仪温度传感器进行仿真和实验.仿真结果表明,利用二阶Loyt-Sagnac干涉仪结构的游标效应,能提高其作为温度传感器时的灵敏度;实验结果证明,单段Sagnac环干涉仪温度传感器灵敏度为-1.46nm/℃,而使用二阶Loyt-Sagnac干涉仪的温度传感灵敏度为-17.99nm/℃,提高了约12.32倍.