基于布里渊增益谱二维图像小波阈值降噪的BOTDR测量精度提升研究

针对布里渊光时域反射仪(BOTDR)信号弱,噪声干扰造成的测量精度降低问题,提出基于布里渊增益谱二维图像小波阈值降噪方法实现BOTDR系统测量精度提升。分析了微波扫频法BOTDR测量原理及二维布里渊增益谱图像特征,设计了二维图像小波阈值降噪算法流程,搭建了微波扫频法BOTDR实验装置进行降噪性能验证,基于降噪性能对比确定了二维小波基函数、分解层数、阈值规则及阈值函数最优参数匹配方案。实验结果证明,使用二维图像小波阈值降噪算法,在累加平均500次条件下,降噪前后10km传感光纤末端变温区布里渊频移波动范围由±4.61MHz降至±2.59MHz,均方根误差由2.24MHz降至0.99MHz;降噪前后50km传感光纤末端变温区布里渊频移波动范围由±41.25MHz降至±2.83MHz,均方根误差由33.59MHz降至1.69MHz。研究表明,使用该降噪方案可有效提升BOTDR测量精度。

大频移范围光纤拉曼增益谱的测量

光纤拉曼增益谱的测量对光纤激光器的设计与优化至关重要。当前光纤拉曼增益谱的测量主要是基于小信号增益法,但该方法测试时间较长,且可测量的频移范围受限于信号源的波长调谐范围,难以获得光纤在大频移范围内的拉曼增益谱。为此,提出了一种利用光纤的自发拉曼散射谱来反演光纤在大频移范围内拉曼增益谱的方法。利用该方法测量了两款光纤——掺磷光纤与掺锗光纤在1~42 THz频移范围内的拉曼增益谱。在1.6~22 THz频移范围内,基于该方法测得的拉曼增益系数与基于小信号增益法测得的结果基本一致。该工作为测量光纤在大频移范围内的拉曼增益谱提供了一种解决方案。

基于LSTM的布里渊增益谱提取方法

针对布里渊光时域传感器在进行长距离监测时存在的实时性较差的问题,提出了一种基于长短期记忆网络的布里渊增益谱温度提取方法。采用洛伦兹函数仿真生成用于长短期记忆网络训练的数据集,建立长短期记忆网络与温度的映射关系。搭建了40 km的布里渊光时域实验系统,通过谱线相减法对实验数据中存在的畸变现象进行校正,采用长短期记忆网络对校正数据进行了温度信息提取。将本文提出的长短期记忆网络方法与经典的极限学习机方法进行了对比。仿真和实验结果表明,所提算法的最小均方根误差可达0.11℃;即使在扫频步长较大的情况下,该方法仍具有较好的测量精度,有利于提高布里渊光时域温度传感系统的实时性。

高阶色散对高双折射光纤增益谱的影响

根据参量放大和拉曼效应共同作用下的耦合波方程,在考虑高阶色散情况下,当输入泵浦波偏振方向同双折射轴成45°时,通过引入拉曼增益的洛伦兹模型,研究了高双折射光纤中,参量放大和拉曼效应共同作用下的增益谱随相关参量的变化关系。结果表明:高双折射光纤中,在不同色散区,不同的输入参量(输入功率、群速度失配等)条件下,参量放大和拉曼效应共同作用下的增益谱受到高阶色散的影响,增益谱的结构、强度和谱宽产生了变化,高阶色散对增益谱的影响不可忽略;可以利用增益谱在大群速度失配区域远离中心频率偏移的性质,提取T频率脉冲。

喇曼光纤放大器的增益谱平坦技术

放大器的增益谱平坦性是波分复用系统设计中一项十分重要的参量.本文推导了N段光纤级联实现增益谱平坦的分析理论,得到每段光纤的有效作用距离和喇曼功率增益系数的约束条件.当喇曼增益谱拟合为线性时,简化了其实现增益谱平坦的条件,并给出了两段光纤级联信号光获得增益的最优值.以纯石英光纤和掺磷石英光纤级联的模型为例,利用Matlab进行了数值分析验证,结果表明:随着第一段光纤长度的增加,信号光获得的增益先增加再减小;当第一段光纤取7.15km时,信号光获得了5.78dB的平均最大增益和0.45dB的增益平坦度,并得到泵浦光功率与信号光增益呈正相关性.最后,以三段不同材料光纤级联为例,利用Matlab进行了分析验证,信号光经过放大后获得了7.74dB的平均增益和0.57dB的增益平坦度,证明了理论分析的可行性.该方案为增益平坦化的喇曼光纤放大器设计提供了一种新的思路.

一种利用布里渊增益谱边带解调提高布里渊光时域反射系统测温精度的方法

测温精度是衡量分布式光纤温度传感系统的一项重要性能指标.本文提出一种通过解调布里渊增益谱边带,以提高布里渊光时域反射仪测温精度的方法.在此基础上,进一步分析并验证了探测光脉冲峰值功率对测温精度的影响.理论分析表明,利用声光调制器的频移特性可产生布里渊增益谱边带,相比于中心峰解调方法,采用布里渊增益谱边带解调法可获得更高的系统信噪比,进而提高系统测温精度.实验结果表明,在相同测量条件下,布里渊增益谱左边带峰值功率较其中心峰峰值功率高3.27 dB,且其-1 dB谱宽比中心峰窄14.5 MHz.对布里渊增益谱左边带进行频率扫描,由于相干探测时参考光的作用以及消除了相干瑞利噪声的影响,系统信噪比提高了4.35 dB,并在10.2 km的传感距离上实现了±0.5?C的测温精度.

一种基于多准则决策和PSO-LM混合优化算法的多峰Brillouin散射谱的特征提取方法

采用传统方法对多峰Brillouin散射谱进行拟合的过程中,通常是以谱线最大功率点为基准的,却忽略了其他比该点小但却是极值的功率点。这样获得的拟合曲线通常只有一个峰值,相当于把除最高峰之外还有多个小峰的多峰Brillouin散射谱进行了简化,导致大量有用信息的丢失。为了提高Brillouin散射谱的特征提取精度,提出了一种基于MCDM和PSO-LM混合优化算法的多峰Brillouin散射谱特征提取方法(MCDM-PSO-LM)。MCDM可以识别和准确定位多峰Brillouin散射谱的各个波峰和波谷;PSO-LM混合优化算法可以实现分别对各个波峰和波谷的曲线进行拟合并找到每一个波峰的中心频率,该算法既克服了PSO算法过早收敛于局部极值和LM算法依赖初值的问题,又可以将PSO算法的全局搜索能力和LM算法的局部收敛能力结合在一起。较传统算法而言,MCDM--PSO—LM算法保证了对最优值求解的速度和精度,提高了运算能力,使解析解最大限度地接近最优值。分别在不同信噪比和不同线宽条件下进行仿真验证,频移和温度误差分析结果表明,MCDM--PSO—LM方法可以对多峰Brillouin散射谱的各个波峰与波谷进行准确定位,可用于多峰Brillouin散射谱的特征提取,识别效果明显强于传统算法,提高了信息分析的准确性。

色散缓变光纤中交叉相位调制不稳定增益谱

从非线性薛定谔方程出发得到了色散缓变光纤中交叉相位调制 (XPM )不稳定性的增益谱。结果表明 ,XPM产生的调制不稳定性既可以在光纤反常色散区产生 ,也可在正常色散区产生 ,反常色散区的增益谱宽比正常色散区宽 ,且色散缓变光纤中XPM不稳定增益谱宽比普通光纤中XPM不稳定增益谱宽宽 ,增益峰值高。色散缓变光纤是XPM调制不稳定性的较好色散介质。

宽带碲基掺铒光纤放大器增益谱特性研究

建立了一个多信号共存情形下宽带碲基掺铒光纤放大器(EDTFA)四能级模型,系统研究了EDTFA 增益谱随着光纤激活长度、输入信号功率、泵浦功率和纤芯掺杂浓度的演变关系。研究表明,在输入信号功率减小、泵浦功率提高时,C 波段信号增益迅速增大;在光纤长度增长、掺杂浓度提高时,增益谱向 L 波段偏移;在小信号状态下,其 20dB 增益带宽大于 80nm。研究揭示了EDTFA 适合于作为 WDM 系统中的 L 波段和 C+L 波段光纤放大器。

掺杂光子晶体光纤的缺陷模增益谱与光孤子拉曼放大研究

本文研究在层状结构光子晶体光纤中引入多个缺陷区,制作出多芯的光子晶体光纤,在光子晶体光纤中增加的多个线缺陷形成波分复用技术的多个传输信道,在此基础上数值模拟研究在缺陷介质中掺入和未掺入激活杂质,光子晶体光纤的掺杂局域场特征以及受激辐射增强和透射率大于1现象与光子带隙内群速度异常和掺杂层复有效折射率负的虚部之间的内在规律,进一步研究发现在光子晶体光纤的各个线缺陷中掺入拉曼增益介质,得到光子晶体光纤拉曼放大规律。由于光子晶体光纤的各个信道间存在带隙,使得信道间信号串扰必然受到抑制,利用这些特性可以设计分布式高增益、极低噪声、宽带和有利于光集成的新型光子晶体光纤拉曼放大器,将它用于密集波分复用(DWDM)光通信系统。

波分复用系统中掺铒光纤放大器增益谱特性的实验研究

利用已有４×２５Ｇｂ／ｓ波分复用光纤传输实验系统进行了３×１５０ｋｍ四级掺铒光纤放大器级联传输实验．实验结果得到，由于光纤放大器中掺铒光纤的均匀展宽特性．多路信号同时放大时信道间的增益交叉耦合作用导致各信道增益不同，而影响增益谱特性的根本因素是粒子数反转水平即放大器的饱和深度．

EDFA增益谱的精确测量

本文设计一种精确测量 EDFA增益谱方法 ,按照这种方法 ,不需要考虑 EDFA的内部结构 ,使用较小功率的宽光谱光源和任意波长的激光器 ,能够较简便精确测量

色散位移光纤中拉曼散射与参量放大增益谱

由斯托克斯波和反斯托克斯波所满足的耦合微分方程,考虑泵浦波是线偏振光,其偏振方向沿x轴,推导出了同偏振方向受激拉曼散射和参量放大同时作用下,斯托克斯波和反斯托克斯波的增益谱。引入平行拉曼散射增益系数的洛伦兹模型,研究了色散位移光纤中斯托克斯波和反斯托克斯波的增益谱随相关参数的变化关系。结果表明,斯托克斯波与反斯托克斯波的增益谱呈现出不对称,其增益谱与三色散系数β_3无关。同时讨论了反斯托克斯波与斯托克斯波|E_(ax)/E_(sx)|的比值随频移的增加而快速衰减的变化特性。

基于增益谱多项式拟合的双泵浦碲基光纤级联拉曼光纤放大器（英文）

光纤拉曼放大器的带宽、增益及增益平坦度直接影响了光纤通信系统的传输质量.针对这些参数的优化,根据碲基光纤的拉曼增益谱特性提出了一种双泵浦级联碲基光纤的拉曼放大器结构.并推导了实现增益谱平坦时光纤长度和泵浦参数满足的约束条件.经过对拉曼增益谱的5次多项式拟合,更准确地反映了拉曼增益谱的信息,同时也简化了其实现增益谱平坦的条件.通过Matlab仿真分析得到,当两段光纤分别取0.339km,0.16 km时,其最大增益为17.81 dB,增益平坦度为0.66 dB,放大带宽为48 nm.该方案为宽带宽、高增益、增益平坦度小的拉曼光纤放大器设计提供了一种新的思路.

高阶色散下随入纤功率变化的不稳定性增益谱

为了探讨不同入纤功率下高阶色散对交叉相位调制不稳定性增益谱的影响,从光纤中包含高阶色散的耦合非线性薛定谔方程出发,采用线性稳定性分析法,分二阶、四阶色散系数同号、异号和二阶色散系数为0等几种情形,计算了双光束的交叉相位调制不稳定性增益谱随入纤光功率的变化规律,并对各种谱特性的产生机制作了分析。结果表明,当二阶、四阶色散系数同号时,随着入纤功率的增大,增益谱由开始的两个分离谱区逐渐变宽并合成1个谱区;当二阶、四阶色散系数异号和二阶色散系数为0时,增益谱只有靠近零点的第1谱区,且谱宽和谱峰随着入纤功率的增大而增大。此研究对高重复率的超短光脉冲串的产生有一定的理论指导意义。

Compton散射下等离子体交叉相位调制不稳定性增益谱

应用多光子非线性Compton散射模型和非线性Schrodinge方程,将入射光和Compton散射光作为形成等离子体交叉相位调制不稳定性的新机制,给出了高阶色散和高阶非线性下等离子体交叉相位调制不稳定性增益谱表达式,并进行了数值模拟.结果表明:与Compton散射前相比,Comnpton散射下的四阶色散使等负色散区的交叉相位调制不稳定性的两个频谱宽度比正色散区的宽,增益谱第二谱区及其峰值更接近零点,即使小功率光波,高频散射光的高阶色散和高阶非线性对交叉相位调制不稳定性的影响依然不可忽略.正五阶非线性使交叉相位调制不稳定性加强,第二谱区增益谱宽和峰值比第一谱区增大得更为明显;负五阶非线性对交叉相位调制不稳定性起抑制作用,五阶非线性系数绝对值越大,抑制作用越明显.散射使等离子体损耗对交叉相位调制不稳定性的影响减弱,随传输距离增加,增益谱宽缓慢减小.这主要是由于散射产生的非线性有效地补偿因传输距离增加而减小非线性的缘故.

宽平坦增益谱喇曼放大器的优化设计

在对同向、反向泵浦喇曼放大器的理论模型进行对比分析的基础上 ,说明在小信号情形 ,可以用同向泵浦的数学模型代替反向泵浦的情况 ,并用遗传算法实现了泵浦源的优化设计 。

Compton散射对等离子体MI基态增益谱的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和非线性薛定谔方程,研究了多光子非线性Compton散射对等离子体中调制不稳定性基态增益谱的影响,提出了将入射光和Compton散射光作为产生调制不稳定性的新机制,给出了微扰的功率增益表达式,并进行了数值模拟。结果表明,入射光和Compton散射光共同决定了调制不稳定性的基态增益,Compton散射使扰动信号的功率和频率增大,从而使增益谱对应的频率范围和增益峰值增大。

双折射色散阶跃光纤中拉曼效应和参量放大增益谱

在拉曼效应和参量放大共同作用下,当激光脉冲在双折射光纤中传输时,根据所遵循的耦合模方程,通过引入平行拉曼增益的洛伦兹模型,导出了当输入泵浦波偏振方向同双折射轴成45°角时,在双折射色散阶跃光纤中拉曼效应和参量放大共同作用所导致的增益,讨论并分析了在不同色散区增益谱随相关参量的变化。结果表明:由于拉曼效应、参量放大、双折射和色散的相互作用,导致增益谱的斯托克斯波与反斯托克斯波彼此不对称;在反常色散区,产生的增益以反斯托克斯波为主,在正常色散区则以斯托克斯波为主;当表征距离的级数m发生变化时,增益谱也随之发生变化,可以利用色散阶跃光纤在适当的级数m位置提取T频率脉冲。

在色散缓变光纤中调制不稳定性的基态增益谱

从非线性薛定谔方程出发，得出在色散缓变光纤中调制不稳定性的基态增益谱，并与普通光纤及理想光纤的增益谱进行对比，从中分析了调制不稳定性和亮孤子解之间潜在的关系，并得出不同色散缓变光纤与周期变化光纤之间的区别和联系．