基于双向循环插补的大地电磁脉冲类噪声处理

【目的】大地电磁测深是一种通过观测天然电磁场获取地下电性结构的勘探方法,较易受到噪声干扰。脉冲类噪声是大地电磁工作中的常见噪声,其幅值高、频带宽,会对数据质量产生较大影响。【方法】为了压制脉冲类噪声,以插补思想为基础,提出了基于时间序列双向循环插补模型(Bidirectional recurrent imputation for time series,BRITS)的大地电磁脉冲类噪声处理方法。首先,将噪声干扰段删除,此时大地电磁时间序列可视为待插补的缺失序列,而后利用该缺失序列构建训练集,对BRITS模型进行插补训练,训练完成后对缺失序列进行插补,即可得到去噪结果。通过仿真及实测含噪声数据处理,并与经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)阈值方法进行了对比。【结果和结论】结果表明:BRITS方法对仿真噪声数据处理后与原始数据的归一化互相关系数可达0.999以上,信噪比可达29 dB以上,EMD阈值方法处理前后相关系数为0.778,信噪比为3.09 dB;在实测数据处理中,BRITS方法有效恢复了噪声干扰数据,相比EMD阈值方法,其阻抗奈奎斯特图更接近天然大地电磁信号特征。通过不同训练样本试验得出:对4分量大地电磁数据而言,数据中至少需包含两道正常分量,单个含噪分量中噪声占比不大于20%,且噪声连续干扰长度不超过10个采样点,此时,BRITS方法去噪后数据的相关系数在0.96以上,可以保证一定的去噪精度。

孤子分子/类噪声脉冲可切换的混合锁模光纤激光器

不同类型脉冲之间的演化是被动锁模光纤激光器丰富动力学的体现。报道了一种可实现多种脉冲切换的混合锁模光纤激光器,当泵浦功率为400 mW时实现了孤子分子、谐波锁模、孤子簇之间的相互切换。增加泵浦功率至600 mW时获得了类噪声脉冲输出,对应的输出功率和单脉冲能量分别为15.2 mW和0.86 nJ。通过调节偏振控制器实现了类噪声脉冲中心波长从1 895 nm到1 930 nm可调谐。所搭建的激光器具有锁模脉冲可切换,波长可调谐,能自启动等优点。

高功率全光纤1.6微米类噪声方形脉冲激光器

报道了一种工作波长在1.6μm的哑铃形结构高功率铒镱共掺全光纤锁模激光器.无隔离器结构设计以及大模面积双包层铒镱共掺光纤的使用,使振荡器可稳定高效地工作于较高泵浦功率下.证明了不同带内吸收系数的铒镱共掺光纤对输出波长有极其重要的影响,带内吸收调控可作为一种有效的波长控制方法.实验中,利用高带内吸收光纤获得了稳定的1.6μm高功率、大能量纳秒类噪声方形脉冲输出,最大平均输出功率和单脉冲能量分别为1.16 W和1.26μJ.同时研究了附加插入损耗对所设计激光器输出特性的影响,当总附加插入损耗为10 dB时,激光器仍然可以稳定发射1.6μm类噪声方形脉冲,说明利用高带内吸收系数的铒镱共掺光纤设计的激光器对1.6μm输出波长具备极强的鲁棒性.对于过大的附加插入损耗,1.6μm输出波长会被完全抑制.

多孤子和类噪声脉冲共存的锁模光纤激光器

研究了非线性放大环形镜锁模掺铒光纤激光器中多孤子和类噪声脉冲同时产生的演化特性.当激光器运行在类噪声脉冲状态时,单个孤子簇里包含着多个不同间距的脉冲,同时相邻脉冲之间的脉冲间距均保持在数百皮秒的范围内,说明多孤子脉冲之间存在较弱的相互作用力.并且,单个孤子簇中的总脉冲数随着抽运功率的增大而增加.在最大的抽运功率时,单个孤子簇包络内部有8个脉冲.此外,利用时间拉伸色散傅里叶变换技术研究了这种类噪声多孤子脉冲的实时动力学演化特性,研究表明类噪声脉冲状态下的多孤子脉冲中每个脉冲实际上都是由随机强度的噪声混沌波组成的.这些研究结果将有助于深入理解类噪声脉冲的物理机制,也将为探索其他复杂孤子动力学过程奠定基础.

976 nm类噪声锁模光纤激光器

输出波长为976 nm的脉冲激光器在科研及工业领域具有重要应用.利用非线性光纤环镜(nonlinear optical loop mirror, NOLM)搭建了“9”字型谐振腔,通过在环镜中加入长度为30 m的无源光纤,实现了类噪声脉冲(noise-like pulse, NLP)输出,丰富了976 nm波段的脉冲类型.脉冲的重复频率为4.79MHz,最大输出功率为13.35 mW,最大脉冲能量为2.79 nJ.进一步研究该NLP在不同泵浦功率的脉冲特性变化,结果表明,脉冲能量以及脉冲宽度均随着泵浦功率的增大而增大,但是其自相关曲线中的相干尖峰宽度随泵浦功率的增大而减小.该研究为976 nm类噪声脉冲的产生提供一种简单经济的方案,在超连续谱产生以及类噪声脉冲动力学研究方面具有潜在应用价值.

超宽光谱类噪声脉冲光纤激光器

报道了一种全光纤超宽带光谱的类噪声脉冲锁模光纤激光器。为了加宽锁模光谱,利用腔内色散管理和非线性技术使光脉冲在58 m腔内具有小的反常色散,平均色散系数为0.12 ps/nm/km。实验获得了1300~1750 nm超宽带光谱锁模类噪声脉冲,光谱20 dB带宽达到362 nm,3 dB带宽达到102 nm,类噪声脉冲光谱宽度远超过掺铒光纤的增益带宽。

调Q锁模类噪声方波脉冲掺铒光纤激光器

对基于非线性偏振旋转技术的L波段掺铒被动锁模光纤激光器中产生调Q锁模类噪声方波脉冲进行了实验研究。该类型脉冲中调Q包络内部包含的脉冲是基频方波,通过自相关迹证实该方波为类噪声脉冲。为了容易实现类噪声方波脉冲输出,将一段250 m普通单模光纤引进激光腔内。适当调节腔内的偏振控制器和泵浦功率,获得了基频为778.21 kHz的连续波锁模类噪声方波脉冲和由3.81 kHz可调谐到9.01 kHz的重复频率,单个调Q包络最高能量为1.06μJ的调Q锁模类噪声方波脉冲。研究结果有利于进一步理解被动锁模光纤激光器中类噪声脉冲和调Q锁模的机理和特性。

基于类噪声脉冲抽运的平坦超连续谱光源

设计了一种由类噪声脉冲抽运的全光纤结构平坦超连续谱光源。在色散管理掺铒光纤激光器中通过调节腔内偏振态,在泵浦功率为450 mW时,实现了稳定的类噪声脉冲锁模,锁模脉冲的中心波长为1600 nm,脉冲宽度为303 fs。在最大泵浦功率为1 W时,谐振腔直接输出功率为8.6 mW。较低的功率无法有效拓展超连续谱宽度,为此设计一种掺铒光纤放大器进行功率放大,放大器最大输出功率为338 mW,将功率放大后的类噪声脉冲耦合进高非线性光纤以产生超连续谱,超连续谱的20 dB光谱范围为1530 nm~2300 nm,在1736 nm~2134 nm范围内,光谱的平坦度优于0.5 dB。

基于非线性管理的类噪声掺铒锁模光纤激光器

报道了一种基于非线性光纤的宽光谱类噪声锁模掺铒光纤激光器。在非线性偏振旋转锁模掺铒光纤激光谐振腔内引入色散补偿光纤和高非线性光纤,实现腔内色散和非线性管理,最终获得稳定的锁模脉冲输出。当在谐振腔内引入6 cm高非线性光纤时,可以获得中心波长为1534 nm,脉冲宽度为1.9 ps,重复频率为20.1 MHz,40 dB光谱带宽约为100 nm的超短脉冲输出。在此基础上,将高非线性光纤长度增加至30 cm时,通过优化波片角度,观察到稳定的类噪声锁模脉冲输出,其输出光谱覆盖范围为1280~1850 nm,40 dB带宽为500 nm,尖峰脉冲宽度短至70.9 fs,基座脉冲宽度为26.6 ps,重复频率约19.7 MHz。同时在实验中发现随着泵浦功率的提高,类噪声脉冲的基座脉宽和尖峰脉宽的演化呈相反趋势,光谱覆盖范围更宽。该类噪声锁模光纤激光器的研究对低相干光谱干涉技术的发展具有重要意义。

双波长可切换方波类噪声锁模线形光纤激光器

采用非线性偏振旋转锁模技术,在线形腔光纤激光器获得双波长可切换方波类噪声锁模。通过调节腔参数,激光器在波长1530 nm和1563 nm处分别获得可切换单波长方波类噪声锁模,最大脉冲宽度分别为12 ns和26 ns,腔内最大的脉冲能量分别可达14.7 nJ和45.6 nJ。此外激光器还可在这两波长处实现双波长类噪声锁模,锁模脉冲呈阶梯形,最大脉宽为5 ns,阶梯形脉冲的产生主要源于不同中心波长处的方波脉冲叠加。实验结果有助于进一步理解线形腔光纤激光器中方波类噪声的产生机理和特性,并为多波长高能量光源的设计提供参考。

色散管理掺铥光纤激光器高能量脉冲的产生

设计了一种基于色散管理的掺铥光纤激光器。通过调节泵浦功率以及腔内偏振态,首先实现了稳定的展宽脉冲输出,中心波长和脉冲宽度分别为1 939.4 nm和482 fs。最大输出功率为15 mW,对应的单脉冲能量为0.52 nJ。增加泵浦功率到645 mW时,通过适当调节偏振控制器可以实现类噪声脉冲锁模,中心波长为1 940.1 nm。所实现的锁模脉冲具有飞秒量级的尖峰以及皮秒量级的基底。最大输出功率为20.4 mW,相对应的单脉冲能量为0.7 nJ。相比于传统孤子,采用色散管理所实现的锁模脉冲具有更高的脉冲能量。此外,所设计的掺铥光纤激光器可作为理想的主振荡功率放大以及啁啾脉冲放大结构的种子源,进一步提高脉冲能量,拓展2 μm高能光纤激光器的实际应用。

光纤激光器中类噪声脉冲自相关的数值研究

采用数值分析的方法研究了光纤激光器中类噪声脉冲的自相关特性。数值计算的结果复现了实验中观测到的类噪声自相关曲线图形。进一步改变类噪声脉冲各参量设置,发现无背景强度自相关曲线的基底和尖峰的宽度分别反映了类噪声脉冲波包的宽度以及类噪声脉冲波包中超短脉冲的平均脉宽。相同的类噪声脉冲波包中超短脉冲的个数越多,无背景强度自相关曲线的尖峰与基底的峰值比越小,尖峰与基底的宽度则不受影响。对类噪声脉冲干涉自相关曲线的数值研究结果表明,实验中测量得到的峰值背景比小于8∶1的干涉自相关曲线,是类噪声脉冲波包宽度、类噪声脉冲啁啾、自相关仪扫描范围共同影响的结果。

L波段调Q锁模类噪声方波脉冲光纤激光器

报道了L波段掺铒光纤激光器中调Q锁模类噪声方波脉冲的演化特性。通过改变泵浦功率以及偏振状态,激光器可以在1600 nm处实现类噪声方波脉冲的连续波锁模和调Q锁模运作。类噪声方波脉冲基频锁模重复率为1.64 MHz,最大脉冲宽度为17.51 ns。类噪声方波脉冲调Q锁模的重复率可从8.14 kHz调谐至18.18 kHz,调Q锁模包络宽度与方波脉冲宽度随泵浦功率演化趋势相反,调Q包络的最高平均能量可达1115.5 nJ,包络内方波脉冲的最大平均能量可达24.89 nJ,方波脉冲的峰值功率维持在1 W左右。该实验结果有助于人们深入理解L波段调Q锁模类噪声方波脉冲的动力学特性。

类噪声脉冲光纤激光器研究现状及进展

类噪声脉冲(NLP)是锁模激光器在一定条件下生成的一种特殊脉冲,具有能量高、脉宽宽、相干性低等特点。近年来,由于稀土元素掺杂技术、锁模技术和光纤放大技术的不断发展以及抽运能量的不断提升,类噪声脉冲光纤激光器得到了迅速发展。基于此,描述了使用不同锁模技术、工作在不同色散区的类噪声脉冲光纤激光器。依据其脉冲产生机理、脉冲光学性质等特点进行分类叙述,综述了国内外这一领域的研究现状及进展。最后,对近年来类噪声脉冲激光器在生产实践中的具体应用进行了简要阐述。

基于电力线信道的改进LDPC码译码算法研究

脉冲噪声是电力线通信中存在的最大障碍,造成信号的误码率(BER)高,必须考虑采用复杂的信道编码技术.低密度奇偶检验码(LDPC)是无线通信系统中最接近香农极限的纠错码,译码算法是针对无线信道的干扰而设计的.针对电力线信道存在的脉冲噪声,用A脉冲类噪声电力线信道模型,提出了一种改进的LDPC码译码算法.通过对改进的算法进行仿真,表明改进的LDPC算法大大提高了系统编码增益,可用于电力线宽带通信系统.

1.6μm波段锁模光纤激光器

为了获得基于孤子自频移效应的1.6μm波段锁模脉冲,设计了一种非线性偏振旋转的掺铒光纤激光器,并利用双输出结构检测脉冲。在泵浦功率为350 mW时,通过适当调节偏振控制器,同时在两个输出端观察到中心波长为1560 nm的类噪声脉冲,3 dB带宽为17.5 nm,脉冲持续时间为968 fs。进一步将泵浦功率增加至550 mW,输出端1的类噪声脉冲保持不变,输出端2的类噪声脉冲的中心波长红移至1614 nm,3 dB带宽增加至64.4 nm,脉冲持续时间减小至302 fs。谐振腔的最大输出功率为11.4 mW。同时,实验分析了色散位移光纤的长度对孤子自频移的影响,结果表明,在一定范围内,色散位移光纤的长度越长,孤子自频移的频移间距越小。实验研究的1.6μm波段光纤激光器在光学通信领域具有潜在的应用价值。