面向全光物理随机数发生器的混沌实时光采样研究

基于混沌激光实现全光物理随机数发生器的物理基础是完成对混沌光信号的高速实时全光采样.本文利用偏振无关的SOA构建出TOAD全光采样门,以光反馈半导体激光器产生混沌激光,对混沌激光的全光采样可行性进行了原理性实验论证,实现了对光反馈半导体激光器产生的6.4 GHz带宽的混沌激光5 GSa/s的实时、高保真全光采样.进一步研究显示,光采样周期与外腔反馈时间成比例与否对混沌信号弱周期性的抑制水平影响显著.当两者不成比例时,可有效消除原始混沌信号的弱周期性,有利于高质量物理随机数的产生.

基于光采样的瞬时测频技术研究

传统高频微波信号瞬时测频(Instantaneous Frequency Measurement,IFM)技术受模拟数字转换器(Analog To Digital Converter,ADC)影响很大.提出了一种新的光采样方法,放弃传统的ADC,利用光强度调制器将高频微波信号调制到低重复频率采样光脉冲上,进而达到光采样的目的.利用快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)结合线性调频z变换(Chirp-z Transform,CZT)的方法,提高频谱分辨率,对欠采样条件下产生的频率余数进行准确估计,进而通过中国余数定理对信号频率进行重构.实验模拟表明,该方法可以对39GHz带宽内信号频率进行准确测量.

高采样率高精度的光采样系统设计

基于高重复频率低抖动激光器,结合波分复用和时分复用,设计了一套高采样率高精度的光采样系统。给出了光采样量化精度、采样率与采样脉冲时间抖动以及幅度抖动的关系。分析了系统的偏振特性及减小色散累积时间抖动、光纤折射率引起的时间抖动的措施,同时讨论了高功率短脉冲激光在光纤中传输的非线性效应抑制措施。

基于光采样技术的LED台灯驱动系统的研究

在全球低碳经济的大环境下,LED光源以其低能耗,高效率,小体积的特点得到广泛应用。论文采用OB2269来构成LED驱动电源,利用光敏二极管作为光采样器件,使用PT4115作为调光控制单元,设计了一款基于光采样技术的LED台灯驱动系统,该系统可以实现小范围的模拟调光,并能通过负反馈来即时调整LED的工作电流来稳定其亮度。通过实物制作及测试,其线性度良好,可推广至教室、医院、道路照明等领域,具有一定的社会意义。

高速线性光采样用被动锁模光纤激光器重复频率优化

线性光采样是一种测量基于先进调制码型的高速光信号的有效手段,而被动锁模光纤激光器是其实施所需的关键组件.本文在介绍线性光采样工作原理的基础上,首次分析得到被动锁模光纤激光器重复频率与待测信号光线宽的约束关系,对于正交相移键控(QPSK)信号,当信号光线宽与采样光脉冲重复频率的比值小于1.5×10-3时,高速信号的相位噪声对线性光采样带来的损伤可以忽略不计.利用95.984 MHz重复频率的被动锁模光纤激光器对线宽为100 k Hz速率为28 Gbaud的QPSK信号开展相关实验,通过标准数字相干接收算法可以得到与传统高速示波器相同的星座图,理论分析与实验结果完全符合.这一研究结果有助于线性光采样用被动锁模光纤激光器的优化设计.

光采样模数转换系统的幅度控制及测试

针对2×2光采样时分复用系统幅度不稳定的特性进行了分析,结果表明幅度不稳定来自于两个方面:一是由于复用系统每一级的两路插入损耗不同,时分复用系统每一级的插损不均匀性造成的幅度抖动会逐级累加,从而系统对于每一级两路插入损耗一致性有比较高的要求;二是由于复用过程中的路径多样性造成了脉冲之间的偏振态互不相同,而电光调制器偏振敏感的特性使得采样系统难以正常工作。针对上述两个原因,采用衰减器与偏振控制器对脉冲幅度及偏振态进行精密调节,使幅度不一致性得到有效控制,并通过模拟信号采样测试了该系统的性能。实验结果表明,系统有效比特数为2.35bits。

基于太赫兹光非对称解复用器结构的低开关能量、高线性度全光采样门实验研究

利用多量子阱结构的非线性半导体光放大器(SOA)构建的太赫兹光非对称解复用器(TOAD),实验实现了一个开关能量低至25 f J,线性度高达0.99的全光采样门.详细分析了采样脉冲功率和非对称偏移量分别对采样窗口形状、宽度和幅度的影响,并研究了不同采样窗口宽度下TOAD的开关能量及线性度的变化规律.

光采样电路的设计与研究

随着社会的发展,如何节约电能成为关注的热点,相应地出现了各种智能照明系统,即方便了人们的使用,也节约了能量,而智能照明系统的核心模块是光采样电路。论文在研究了光采样技术的基础上,对光敏电阻、光电池、光电三极管所构成的光采样电路进行了实测分析,最终选择硅光电池作为光电检测器件,设计了一款高线性度的光采样电路。经实测,该模块可以对光照度113-3200LUX的亮度进行检测,输出电压范围为0.22-3.3V,可以直接与51单片机的A/D接口进行通信,可以应用在多种智能照明系统中,具有一定的实用价值。

基于半导体光放大器四波混频原理的光采样

建立了可研究强超短光脉冲放大特性且包含自由载流子吸收、受激辐射、双光子吸收、光谱烧孔和超快非线性折射效应的半导体光放大器理论模型,用以建立脉冲四波混频模型,并进一步仿真了基于半导体光放大器的光采样过程,重点讨论了自由载流子吸收、双光子吸收效应对采样特性的影响。仿真结果与实验结果相符。

光脉冲欠采样宽带数字测频方法的设计与分析

为了突破高速电模数转换器采样速率和时延控制精度对测频带宽的限制,文中提出了一种采用光脉冲欠采样的超宽带、高分辨率数字测频方法。利用被动锁模激光器的超短光脉冲,产生间隔可控的多波长光脉冲串,通过电光调制器,对待测信号进行采样,最后通过光探测器阵列转化为电信号进行测频计算。此方法利用光脉冲的采样带宽高、时延控制精确、波分复用技术等特点,结合欠采样的Multiple Signal Classification算法进行宽带频率测量。通过对实际应用条件进行的数值模拟和理论计算表明,该方法可以实现20GHz带宽范围内的高精度多信号频率分辨。

基于啁啾周期极化铌酸锂波段可选择光采样研究

对利用啁啾周期极化铌酸锂(CPPLN)波导的和频效应(SFG),实现能覆盖整个C波段和L波段的光采样技术进行了研究。从耦合模方程开始,对转换效率和带宽进行了数值计算和仿真。对传输速率为10 Gb/s的光信号NRZ序列采样,通过软件同步算法恢复采样结果,得到了清晰的眼图和高质量的Q因子。从仿真结果可以看出应用CPPLN波导比周期极化铌酸锂(PPLN)波导具有更宽的带宽,在调谐的抽运光下,可以对C波段和L波段范围内的任何波段进行选择采样,且波段的宽窄可以根据需要,通过调节波导长度和波导啁啾系数进行任意调节。与PPLN波导中的SFG相比,啁啾周期极化铌酸锂(CPPLN)波导的SFG具有更宽的采样带宽、更灵活的波段选择性。

全光多输入多输出信号处理中光采样耦合器的优化

光采样耦合技术是全光多输入多输出(MIMO)信号处理中的关键技术。模式相关损耗(MDL)和插入损耗(IL)是影响器件性能的关键因素,矩阵条件数可以用于衡量光采样耦合器的性能。对支持3个线偏振模式(LP_(01),LP_(11a),LP_(11b))全光MIMO信号处理的光采样耦合器进行了理论分析。在3个采样点的情况下,对采样光斑的大小和位置进行优化,将矩阵条件数作为优化条件,并将MDL和IL分别降低至0.03dB和1.90dB。研究发现,通过增加采样点的数目可以降低器件的IL,优化后得到的MDL和IL分别为0.04dB和1.56dB。尽管增加采样点的数目可以降低IL,在少模光纤及采样点的几何限制下,仍存在最优采样点数目。

基于光采样的微波光子矢量网络分析仪设计

矢量网络分析仪是射频微波领域的重要测量仪器,设计实现了一套基于光采样的微波光子矢量网络分析仪。该系统使用锁模激光器的超稳光脉冲序列通过马赫-曾德尔调制器直接采样单音信号,再采用数字信号处理技术获取待测器件的散射参数。实验测试表明:采用20 GHz电光调制器实现的系统带宽可达20 GHz,更大的系统带宽可以通过采用更大带宽的电光调制器达到。系统的动态范围约为60 dB,最小频率分辨率为11.92 Hz。对中心频率为10 GHz的带通滤波器的散射参数(S参数)进行了测试,在通带范围内,与商用矢量网络分析仪的测试结果相比,S21的幅度平均偏差为0.1241 dB,S21的相位平均偏差为3.6356°,具有很好的一致性。

基于光电振荡器的高速率光采样技术

提出了一种基于光电振荡器的高速光采样技术。光电振荡器直接产生高重复频率、低时间抖动的采样脉冲,避免了对低重复频率采样脉冲的时域复用,可降低系统复杂性,提高系统效率。利用此光脉冲对信号进行时域傅里叶变换采样,信号在不同时刻的幅度信息被调制到不同波长的探测光上,再经过波分复用器或可调滤波器滤出不同中心波长的光,实现高速实时采样及串并转换,可与低速率的电模数转换量化匹配。实验产生重复频率为10GHz、时间抖动为195fs的光脉冲,并对三种不同波形的信号进行采样,得到采样波形,采样速率达到40GSa/s。实验结果表明提出的基于光电振荡器的光采样技术是可行的。

分光光度计光强采样电路设计

分光光度计是用于测量物质在不同波长光的透过率和吸收率等参数的仪器。由于光源和硅光二极管在不同波长下的特性差别很大 ,使得检测出的信号具有较大的动态范围 ,且在 335 nm处信号非常微弱。介绍测量分光光度计光强采样电路的设计方案 ,该电路具有简洁 。

基于混沌激光的无后处理多位物理随机数高速产生技术研究

提出一种基于混沌激光的无后处理多位物理随机数高速提取方法.该方法在光域中利用锁模激光器作为光时钟,通过太赫兹光非对称解复用器完成对混沌激光的超低抖动光采样,无需射频时钟及后续逻辑处理过程的参与,经多位比较量化可直接产生优质物理随机数.并以光反馈半导体激光器这一典型的混沌激光产生装置作为熵源对所提方法进行了原理性实验论证.结果显示,光反馈半导体激光器产生的6 GHz混沌激光经5 GSa/s实时、低抖动光采样后,利用并行输出型多位比较器对所获混沌脉冲序列进行量化处理,选取最低有效位4位,可直接产生速率达20 Gb/s的随机数.该随机数速率由选取的量化结果最低有效位数和光采样率联合决定,而当前光采样率受限于所用混沌激光熵源的带宽.本文工作可为硬件上实现更高速物理随机数的实时、在线产生提供有力的技术和理论支撑.

利用自相关方法实现光脉冲时间延迟精确测量

为了满足在高精度波分复用/时分复用光采样系统中,采样光脉冲时间抖动低于100 fs的要求,开发了一套基于自相关法测量时间延迟的系统。通过光纤耦合器连接一路参考光路将光脉冲在时域上进行"复制",并使初始光脉冲和"复制"光脉冲相关,得到参考光路和被测光路的精确光程差,进而固定参考光路并接入不同被测光路从而得到多路被测光路之间相对延时。实验结果表明,利用自相关法测量脉冲时间间隔精度优于50 fs,满足波分复用/时分复用光采样系统研究需要。

超高速器件的采样技术

详细论述了电光采样和光导采样两种超快速采样技术的原理和实现方法 ,分析了两种超快速采样技术的发展方向 ,对比了两种超快速采样技术的优缺点 ,提出了利用微加工和纳米加工不断改善两种超快速采样技术的方法。

利用混沌激光脉冲在线实时产生7 Gbit/s物理随机数

提出了一种基于混沌激光的在线实时产生高速物理随机数的方法,通过对连续的混沌激光进行光釆样得到离散的混沌激光脉冲序列,利用差分比较器对混沌脉冲序列进行自延迟比较,在线实时输出高速物理随机数.并以光反馈半导体激光器这一典型混沌激光产生装置作为物理熵源,对所提方法进行了原理性实验论证,实现了实时速率为7 Gbit/s的物理随机数在线产生,可成功通过随机数行业测试标准(NIST SP 800-22).

光模数转换系统中幅度不均匀性的校正

分析了采样时钟的幅度不均匀性对高速光模数转换系统性能的影响,提出了一种校正补偿采样时钟幅度不均匀性的方法。该方法通过对系统光采样时钟进行测量和数据处理,来获取校正因子序列,再用校正因子序列对采样结果进行补偿。对提出的方法进行了实验验证,结果表明:该方法可有效抑制了幅度不均匀性的影响,提高系统有效比特精度。