湍流信道下光空间调制信号的压缩感知检测

在光空间调制系统中采用最大似然检测算法可以获得最优的误码性能,但算法的译码复杂度限制了其实际应用。本文依据光空间调制激光器映射向量,并结合脉冲位置调制方式下的脉冲向量构建了具有稀疏特性的发送信号。基于该稀疏特性,采用正交匹配追踪算法提出了一种基于压缩感知理论的光空间调制信号检测方法。仿真结果表明:该方法以少量误码性能损失为代价极大地降低了信号检测的复杂度。当激光器数目为64时,相比于最大似然检测算法,本文所提方法的复杂度降低了99.54%。同时,由于稀疏性的引入,该方法更适合于具有大规模激光器的无线光通信系统。

基于光空间感知信息的实验室远程监控系统

传统实验室远程监控系统的监测点个数比较多时内,存在数据延迟较大的问题,因此,提出了基于光空间感知信息的实验室远程监控系统。系统硬件主要包括协调器节点、采集身份信息、监控等模块,其中协调器节点模块主要由处理器单元、电源管理单元等构成;采集身份信息模块负责人员身份信息采集;监控模块选择CMOS USB接口摄像头。系统软件的终端远程监控模块能够实现判断、分析数据处理等功能,通信模块负责进行模块之间的通信与信息交换,通过硬件与软件相结合实现实验室的远程监控。测试实验结果表明,系统的数据延迟低于50 ms,远远低于传统系统,实现了实验室远程监控系统的性能大幅度提升。

光空间通信中几个问题的探讨

简要介绍了光空间通信三种典型的通信系统结构，并对调制／解调技术、大功率光发射机和光学天线设计进行了探讨。

半导体激光空间通信几个问题的探讨

文章简要介绍了光空间通信三种典型的通信系统结构，并对调制／解调技术，大功率光发射机和光学天线设计进行了讨论。

基于光空间整合设计思维下的展示光效设计

光对于展示空间的艺术性表达起着十分重要的作用。某种程度上说,设计光就是设计空间。光空间与实体空间交织在一起,共同体现了空间的精神与物质性。因此,展示中的光效设计必须在光与空间整合设计思维下,进行光与实体空间相对应的动态设计,使展示空间像音乐一样充满韵律。

中西建筑光空间之比较

比较分析了中西建筑光空间不同要素,认为西方建筑强调精神空间,密室是其建筑的核心,光线幽暗而神秘;而中国传统建筑的核心空间为4柱间,其光环境注重与自然融为一体。这种光空间的不同,在很大程度上源于文化及地域的差别。

光空间通道(FSO)技术应用与发展

一、光空间通信技术(FSO) 自由空间光通信或称无线光通信(FSO:Free Space OpticalCommunication)是一种宽带接入方式。FSO是光通信和无线通信给合的产物,是用小功率红外激光束在大气中传送光信号的通信系统。

光空间调制技术的研究进展

光空间调制(OSM)作为一种新型的光多输入多输出(OMIMO)技术,利用空间域激光器索引号额外携带信息,有效地提高了系统的传输速率和能量效率;同时,由于每符号周期仅激活一个激光器传递信息,较好地解决了传统OMIMO系统中的信道干扰和同步等问题。本文首先介绍了现有的几种光空间调制技术,概括和总结其在国内外的研究现状。此外,从传输速率、频谱效率、误码率(BER)和计算复杂度等四个方面对现有的OSM、光空移键控(OSSK)、增强型光空间调制(EOSM)和差分光空间调制(DOSM)等方案进行了比较分析。最后,指出了OSM中亟需解决的关键性问题及其未来的发展方向。

基于光空间变换技术的虚拟动画三维场景设计

为解决目前虚拟动画三维场景设计方法空间立体度低,易出现三维场景面数帧率过高或过低的问题,提出基于光空间变换技术的虚拟动画三维场景设计。确定三维场景设计的虚拟动画草图,利用空间变换技术,将草图转换成场景3D模型,采用包围盒方式,控制模型的大小和位置,将其导入三维设计软件中,确定三维场景设计流程,完成三维场景设计。实验结果表明:在确定三维场景设计草图和面数以及面数所需帧率范围后,对比四组方法中的三维设计草图设计效果,三维场景空间立体度和三维场景面数帧率,此次研究的虚拟动画三维场景设计方法,设计的三维场景图像清晰,三维场景面数帧率适宜为65~75,具有较高的空间立体度,明显的虚拟动画特征。

日本当代博物馆光空间意匠

本文以笔者赴日调研资料为基础,分析比较了日本当代博物馆的光空间类型与设计意匠,通过解析自然光、人工照明、夜景灯光下博物馆建筑空间艺术造型的不同案例,展望日本当代博物馆光空间的发展新趋势。

同步光空间干涉仪缝距快速扫描系统

同步光空间干涉仪技术被广泛应用于国内外各大同步辐射光源的束流横向截面尺寸测量中。在日常使用中空间干涉仪通常采用固定狭缝间距的双缝,测定单一空间频率下的相干度,这种方法在束斑尺寸变化不大的情况下精度较好,分辨率会随束斑尺寸的变化而变化。随着下一代同步辐射光源的发展,精细的束斑尺寸测量需求也越来越迫切,多频点相干度测量精度较高,但是受限于双缝切换的速度。上海光源围绕如何完成快速多频点相干度的测量进行了相关研究,搭建了一套空间干涉仪狭缝间距快速扫描系统。该系统采用双单缝的方式进行缝距快速扫描,并结合多线程的技术实现了快速数据处理。实验结果表明:一次完整的10点测量时间约在3 s,大大提升了多频点相干度测量方法的速度,并且提升了现有固定狭缝间距干涉仪的测量精度。

飞秒脉冲激光空间光场调控的微透镜阵列制备技术进展

作为最基本的微光学元件,微透镜在多个领域都有非常广泛的潜在应用,然而常见的面向透明硬脆材料微透镜的制备方法效率低下,且对作业环境的要求较高,极大地限制了透明硬脆材料微透镜阵列的大面积制备。空间光调制器作为一种对光场进行调制的设备,可以方便地实现多焦点或者结构化的光场,在光通讯、激光加工等领域具有重要的应用潜力。本文介绍了利用飞秒激光烧蚀结合湿法刻蚀制备硬脆材料微透镜阵列的基本方法,并系统地分析了影响所制备微透镜形貌的关键因素。通过在加工过程中对聚焦光斑的数量和位置进行精细调控,极大地提高了透明硬脆材料微透镜阵列的加工效率,且可以在加工过程中动态地调整飞秒激光烧蚀改性的形貌,从而实现不同尺寸微透镜阵列的高速制备,展现了空间光场调制技术在微光子集成芯片加工领域的应用前景。

自由空间光通信中的带符号光正交空间调制

【目的】针对光正交空间调制(OQSM)中频谱效率较低和系统吞吐量受限的问题,文章在自由空间光通信(FSOC)中提出了一种带符号的光正交空间调制(SOQSM)方案;另外,针对OQSM性能分析时所用信道不适合所有湍流的情况,文章采取适合所有湍流强度的Málaga信道对系统的误码性能进行分析。【方法】首先,该方案在发送端将输入的二进制比特流划分为5个部分,第1个部分用于星座符号映射,后4个部分用于激光器映射;然后,星座符号映射用于传输星座符号及其逆符号的实部和虚部;激光器映射分为同相相位与正交相位两部分,用于激活激光器的序列映射;最后,通过信道进行传输,在接收端进行信号的接收和处理。【结果】相比OQSM,SOQSM在一个传输周期内空间域额外携带了2log2 Nt比特的信息,并在符号域和空间域分别计算出平均误码率上界,最终得到SOQSM方案的平均误码率上界,其中计算平均误码率上界的方法具有较好的收敛性。该方案较大程度地提高了系统的频谱效率和传输速率,拥有较好的误码性能。【结论】蒙特卡洛仿真结果表明:在频谱效率相同时,相比光空间调制(OSM)和OQSM,SOQSM方案的误码性能更好,能在信噪比为16 dB时就达到10-6;当调制阶数相同时,SOQSM的误码性能更优,特别是在高信噪比时,仿真与理论契合度较高。在Málaga信道中弱湍流的误码性能更好;另外,不同湍流强度对SOQSM方案误码性能趋势的影响较小,但随着信噪比提高,影响会逐渐增大。因此,SOQSM相比OQSM和OSM具有更好的误码性能。

深度学习辅助的超奈奎斯特速率光空间脉冲位置调制

针对现有光空间调制传输速率和频谱效率低的问题,提出了一种超奈奎斯特速率光空间脉冲位置调制(OSPPM-FTN)方案。推导了Gamma-Gamma湍流信道下该方案最大似然检测时的平均误码率上界,并与已有光空间脉冲位置调制(OSPPM)系统进行了性能对比。在此基础上,针对OSPPM-FTN发送信号的特点,提出了一种多分类神经网络(MNN)信号译码器,以大幅降低计算复杂度。最后,采用蒙特卡罗方法进行了仿真。结果表明,随着加速因子的减小,所提系统的频谱效率和传输速率有明显提升,其代价是信噪比(SNR)损失。当加速因子为0.9时,相比于传统(4,4,4)-OSPPM,所提系统的频谱效率和传输速率分别提升了17%和5.5%,SNR损失仅为1 dB。同时,采用MNN译码器可逼近最大似然最优译码性能并降低其计算复杂度,当探测器数目为8和16时,计算复杂度分别降低了69.75%和89.95%。

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。

基于空间光调制器的艾里光束能量调制方法

艾里光束由于具有无衍射、自加速和自愈合等特性,具有重要的应用前景。本文基于空间光调制器可编程特性,提出了一种可调谐的艾里光束能量调制新方法。从理论上深入分析通过在相位图中引入一个可控的调制相位而实现了艾里光束能量调控的方法,并且量化了调制参数与能量调制范围的关系。仿真和实验结果表明通过改变调制相位可以灵活地调节光束能量分布,本文的研究有助于进一步推动艾里光束的应用。

高频谱效率的高维差分光空间调制

针对已有差分光空间调制系统(DOSM)中存在的频谱效率不理想问题,利用高能量效率的脉冲位置调制(PPM)和高频谱效率的脉冲幅度调制(PAM),通过构建满足差分过程的空时弥散矩阵,提出一种包含空间域、时间域和数字符号域的高维DOSM(HD-DOSM)方案。在详细介绍HD-DOSM的差分编码原理后,推导了HDDOSM的理论误码率上界,并与DOSM进行了性能对比。结果表明:所提方案实现了频谱效率和误码性能的折中。当频谱效率为1 bit·s^(-1)·Hz^(-1)、误码率为1×10^(-3)时,和基于PAM的DOSM相比,HD-DOSM的信噪比改善了约2 dB,其传输速率增加了2 bpcu(bit per channel use)。利用发送信号的稀疏性,提出了一种先检测PPM符号的分步检测算法,以有效降低接收端译码算法的计算复杂度。当PPM阶数为4时,相较于最大似然检测算法,所提方案的复杂度降低了约75%。

标记型多层光空间脉冲位置调制

现有光空间调制存在传输速率低、发射器利用率低和误码性能不理想等问题,利用分层空间结构,并结合脉冲位置调制(PPM),提出了一种标记型多层光空间PPM(MMLOSPPM)。它利用额外扩展的每个PPM符号内的时隙进行层标记,提高了首先检出层及其调制符号的正确性。此外,推导出了Gamma-Gamma湍流模型下系统理论误比特率的表达式,并用蒙特卡罗方法对其进行了验证。结果表明:当频谱效率为3/2 bit·s^(-1)·Hz^(-1)时,(5×4-2-2)MMLOSPPM系统的传输速率相较(4×4-2)空间PPM(SPPM)和(3×4-2)广义SPPM(GSPPM)改善了3 bpcu(bit per channel use);在传输速率相同的条件下,(5×4-2-2)MMLOSPPM系统所需要的激光器数目分别比(7×4-4)GSPPM和(16×4-4)SPPM节约了2个和11个,并且在大信噪比(SNR)区域(SNR大于28 dB)中MMLOSPPM系统获得了最好的误码性能。

空间相干结构光场产生、传输及应用研究进展

空间相干性是光场除了振幅、相位和偏振以外的一个固有属性,它在理解光的干涉、传输、光与物质相互作用等方面起着重要作用.近年来,对空间相干性的研究已经逐渐拓展至对空间相干结构的构建及特性研究,这是因为具有特定空间相干结构分布的光场展现出了新奇的物理效应,如自聚焦、自分裂、自偏移和自整形传输特性等.这些新奇物理效应的许多潜在应用也逐渐被发现,包括在自由空间光通信中降低大气湍流的负面效应、基于空间相干结构的光学加密和鲁棒光信息传输、光学微粒俘获及操纵等.本综述系统地回顾空间相干结构光场的表征方法、理论构建和实验产生方法、在自由空间和湍流介质中的传输特性和相关应用.首先,利用非负正定条件和相干模式分解理论来表示空间相干结构光场的交叉谱密度函数;然后,讨论理论和实验上构建及产生空间相干结构光场的2种不同策略,一种是基于广义范西特-泽尼克定理,另一种是基于相干模分解理论;接下来,概述特定空间相干结构光束在自由空间和湍流大气中的新颖物理特性;最后,介绍空间相干结构光场在降低大气湍流负面效应、光学加密、复杂介质中的鲁棒光信息传输和光学微粒俘获和操纵等方面的应用.光学空间相干结构不仅为光操控提供了新的自由度,产生的空间相干结构光场在诸多领域也展现出了重要应用价值.