一种融合Φ-OTDR和MZI的PCCP断丝监测系统

设计了一种融合相位敏感型光时域反射计(Φ-OTDR)和马赫-曾德尔干涉仪(MZI)的预应力钢筋混凝土管(PCCP)断丝监测系统。通过引入优化的IQ解调算法,减少了40%以上的数据运算量。实验结果证明该系统的单端测量距离不低于20 km,频率响应不低于20 kHz,空间定位误差在±2 m以内,具备长距离定位断丝故障和分辨振动事件特征频率的能力,为PCCP的全生命周期在线结构健康监测提供了一种可靠的技术手段。

基于MZI结构的二氧化硅波导模式选择开关

设计并且制备了一种基于马赫-曾德尔干涉仪结构的二氧化硅波导模式选择开关。该器件由不对称定向耦合器及金属电极组成。通过金属电极产生的热场改变单模波导中的模式相位,实现了单模波导中E00模式向多模波导中E10模式的转换。器件采用标准CMOS工艺制备,在调制臂两侧引入空气槽,提高热场调制效率,降低开关功耗。实验结果表明,当输入E00模式时,输出端的串扰小于−17.13 dB,消光比大于16.7 dB;当输入E10模式时,输出端的串扰小于−19.84 dB,消光比大于22.5 dB。模式开关的上升时间和下降时间分别为0.7 ms和1 ms。该模式选择开关在模分复用系统中具有良好的应用前景。

基于混合干涉结构的光纤温盐深传感器设计

提出了一种基于法布里-珀罗干涉仪(FPI)级联马赫-曾德干涉仪(MZI)的混合干涉型光纤温盐深传感器。利用两段单模光纤与二氧化硅(SiO_(2))毛细管制作了28μm的FPI微腔。FPI导出单模光纤依次与大芯径多模光纤、细芯光纤对准熔接,并在细芯光纤后错位熔接单模光纤,FPI导出单模-多模-细芯-错位熔接单模构成MZI。对传感器的温度、折射率及深度响应特性进行了理论分析和实验研究,通过监测反射谱和透射谱,选取不同的特征波长。实验结果表明:FPI对折射率变化不敏感,温度和深度灵敏度为0.578 nm/℃和1.297 2 nm/cm, MZI两个特征波谷对温度灵敏度分别为0.052 4 nm/℃和0.055 2 nm/℃,折射率灵敏度分别为-35.157 nm/RIU和-27.581 nm/RIU,对深度变化不敏感。该传感器具有制作简单、成本低廉等优点。

基于MZI光波导的MOEMS压力传感器

集成光学压力传感器利用幅度、相位、折射率分布、光程和光波极化方式的改变来感应外部压力。设计了基于MZI光波导的MOEMS压力传感器,探讨了工作原理,分析了弹性薄膜尺寸对应力的影响和波导中TE、TM模式的光对波导折射率的影响。通过设计弹性薄膜的尺寸(a=2 mm,b=1 mm,h=20μm)和选用波长为1.31μm的单模激光,得到传感器的灵敏度为1.84×10-2kPa,半波压力为85 kPa.

基于复合结构微光纤曲率传感器研究

提出了一种基于熔锥型多模微光纤(MMMF)马赫-曾德尔干涉的曲率传感器,该曲率传感器通过将105多模光纤(MMF)两端与普通单模光纤(SMF)进行电弧熔接,并对MMF进行熔融拉锥,构成了单模光纤-多模微光纤-单模光纤的复合结构。实验研究了拉锥长度分别为12000μm,16000μm两种腰锥直径不同的微光纤,并进行曲率传感测量。实验结果表明:随着传感器曲率的逐渐增大,传输光谱出现很明显的蓝移现象,可通过监测透射谱谐振波谷波长的漂移实现曲率灵敏度的测量,传感器的灵敏度随着腰锥直径的减小而增大,在拉锥长度达到15000μm,2.545~3.136 m^(-1)的曲率测量范围内可获得最大的曲率灵敏度为-20.267 nm·m^(-1),具有较好的线性拟合度。该传感器具有结构简单,易于制造,灵敏度较高,价格低廉等优点,可广泛应用于桥梁、建筑等土木工程的曲率传感领域。

一种改善MZI型Interleaver滤波特性新结构的理论研究

根据最近研究的一种改进型光纤Mach-Zehnder干涉仪(MZ1)型Interleaver存在的问题,提出一种改善其滤波特性的新结构．对其原理和相关参数进行了模拟分析,结果表明新结构的光谱形状与隔离度都比原结构有较大改善,且保持了信道的对称性．本文分析计算的结果对器件的优化设计具有实际的指导意义．

级联MZI带通巴特沃斯微波光子滤波器的设计

随着对MPF(微波光子滤波器)的深入研究,设计的方法和滤波器性能都得到了很大改进,但是对于给定参数实现一些典型结构的MPF的报道却很少。在深入研究数字滤波器和MPF结构的基础上,采用数字滤波器的设计方法,给出了带通巴特沃斯MPF的详细设计过程。利用数字滤波器的设计方法得到了所需带通巴特沃斯MPF传递函数的零点和极点。采用光纤环辅助的MZI(马赫-曾德干涉仪)级联,实现滤波器的传递函数,根据传递函数的零点和极点计算确定了各级联MZI的结构参数:耦合系数、臂长差和环长,并对其进行了仿真验证,结果与带通巴特沃斯MPF设计要求基本一致,并进一步研究了不同结构参数对MPF的影响。

MZI产生光载毫米波的ROF系统

提出一种采用马赫增德尔干涉仪(MZI)产生光载毫米波的光纤无线通信(ROF)系统。该系统采用基带信号与本振信号的混频信号驱动光相位调制器,以产生多边带光信号,用MZI将多边带光信号的重复频率增至2倍。建立了产生光载毫米波的理论模型,并通过仿真试验验证了系统的可行性。结果表明:用40 GHz光载毫米波调制2.5 Gbit/s基带信号,经60 km光纤传输后,眼图清晰可见,功率代价为4.2 dB。

基于双SOA-MZI的全光分组头处理方案研究

文章以现有的全光分组头与净荷分离方案为基础,提出一种新颖的基于双半导体光放大器(SOA)-马赫曾德尔干涉仪(MZI)的分组头与净荷分离方案,该方案充分利用了SOA-MZI的非线性特性。并且针对新方案采用数学模型进行了数值和理论分析,结果表明,经过分离装置后的光分组,其分组头和净荷得到不同的相移和增益,从而能够实现对分组头与净荷的有效分离。

基于SOA-MZI全光异或门的流密码技术研究

利用Opti System软件搭建了基于SOA-MZI全光异或门的流密码加解密系统仿真模型,对10Gb/sRZ码数据信号的全光加解密运算进行了仿真,得知注入加解密系统的信号光功率和SOA偏置电流是影响系统运算性能的两个关键因素。仿真结果表明:原始明文信号经过加解密处理后仍保持了较好的质量,整个加解密系统性能良好,加解密运算效率较高。

基于MZI的多用途全光纤传感器设计

以细纤芯及包层光纤为传感头,利用简单的熔接方法,制作了一种多用途MZI全光纤传感器。利用一段多模光纤作为模式耦合器激发细光纤包层模式,可实现对外界液面、折射率、温度和轴向应力的测量,同时利用液面灵敏度大小实现对折射率高灵敏度测量的方法,有助于推动光纤传感器在传感领域的广泛应用。

插损鲁棒性的全复值光学神经网络

基于马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer,MZI)级联拓扑结构的线性光学处理器被证明是实现光学神经网络(Optical Neural Network,ONN)的重要途径,但还有不少实际问题有待解决。针对芯片制造、测试过程中可能导致的相位误差和插入损耗等问题,通过实验和理论仿真分析了几种基于MZI结构的可重构光学处理器。发现可以通过单个N×N的Clements阵列结构来实现任意酉矩阵的权重,构建稀疏连接的全复值光学神经网络,将光学深度大大降低,以实现较高的插入损耗鲁棒性。此外,对于多层光学神经网络来说,由于构建该任意酉矩阵的自由度有限,故在每一层Clements结构前面加一个相移器层,有助于将分类数据映射到更高的数据维度,能使神经网络更快速的收敛。

基于QD-SOA-MZI结构的全光逻辑门的性能优化

基于QD-SOA的XPM效应,用细化分段方法对QD-SOA静态和动态过程建模,采用四阶龙格库塔法格式和牛顿迭代法求解光场传输方程和速率方程,模拟全光逻辑与门的逻辑功能。采用"功率对比度积"这一新型特征参数作为系统优化指标,讨论MZI结构的时延时间、输入光功率等关键参数对此特征参数的影响,快速找到了时延、输入光功率的最优工作点,即当时延为15 ps、输入功率为15 dBm时,全光逻辑与门的性能最优。

基于改进的SOA-MZI全光分组头提取方案

在光域实现分组头的提取是全光分组交换实现的关键技术之一。提出一种基于控制光与探测光同向传输的改进半导体光放大器(SOA)-马赫曾德尔干涉仪(MZI)性能的全光分组头提取方案。该方案利用控制光及探测光分别调节SOA的增益,结合马赫曾德尔干涉仪的干涉原理实现光域净荷抑制和分组头的提取。研究分析了该方案的一组系统优化参数。数值分析和仿真结果表明:在光分组头速率和净荷速率都为100Gbit/s时,提取光分组头的对比度高于18dB。

基于PCF的可编程MZI多波长滤波器设计

实验证明了一种基于可编程、热控制马赫-曾德尔干涉仪的自由光谱范围(FSR)可调谐梳状滤波器,该滤波器由乙醇填充的单模光子晶体光纤组成,通过选择性地激活独立的加热元件,使用数字热敏机头来调节相位差,从而可以方便对FSR进行数字调谐。该滤波器在较宽的波长范围内,具有周期性平顶通带陡边特征和高消光比。

MZI型MOEMS压力传感器的研究

集成光学压力传感器利用幅度、相位、折射率分布、光程和光波极化方式的改变来感应外部压力。设计了马赫-曾德尔干涉仪(MZI)型微型光机电系统(MOEMS)压力传感器,探讨了工作原理,分析了弹性薄膜尺寸对应力的影响和波导中TE、TM模式的光对波导折射率的影响。通过设计弹性薄膜的尺寸和选用特定波长的单模激光,得到传感器的工作特性。

谐振微环对MZI型interleaver滤波特性改善的分析

作为新兴的群组滤波技术,interleaver技术与传统的DWDM技术相结合,可以在不增加新光纤及器件技术难度的基础上使原有DWDM系统的复用波长数增加一倍。耦合一个谐振微环到光纤熔锥型非平衡马赫-曾德尔干涉仪型波长交错滤波器系统中,利用微环的相位引入改善交错滤波器的响应函数,选择适当的微环耦合角,使其带通平坦性和阻带抑制比得到改善,理论优化阻带抑制(>40 dB)能得到明显加强。分析微环周长(Lr)与马赫-曾德尔干涉臂差(△L)的关系,指出:波长交错滤波器奇偶输出带宽分配比直接取决于Lr/△L,当Lr/△L=2时,可以实现1:1对称带宽分配特性的交错滤波器;当Lr/△L=0.5时,可以实现1:2非对称带宽分配特性的交错滤波器;最终得到灵活的带宽分配交错滤波器。

基于SOA-MZI的全光逻辑非门的设计

全光逻辑非门器件是全光信号处理中的核心器件之一,在现代光通信网络中具有重要的应用。提出了一种仅用2个3dB耦合器和2个半导体光放大器(SOA)即可实现全光逻辑非门的设计方法,理论分析了该方法实现全光逻辑非门的原理,并采用光子模拟软件验证了该方法的可行性:系统在比特率为1Gb/s时,Q值可达7.288,且在完成逻辑功能的同时还能实现信号再生。

基于DDF-MZI的高阶孤子脉冲压缩

利用数值计算的方法证明,采用色散渐减光纤(DDF)构成的马赫-曾德干涉仪(MZI)不仅可以压缩高阶光孤子,而且能有效地消除压缩脉冲后的脉座。研究表明:通过灵活地调整MZI的双臂可以获得高质量脉冲;同时得出了使干涉仪具有良好压缩特性的耦合器的功分比范围,这对实验中参数的选取有一定的指导意义;研究还发现,DDF即使选用较大的首末色散比系数,仍然能得到高质量的脉冲。

基于MMF-GIF-MMF结构的MZI高灵敏度液体温度传感器

为了便于检测液体温度,设计了一种基于光纤马赫-曾德尔干涉仪(MZI)原理,结构为3段多模光纤级联的液体温度传感器。传感器由2段短阶跃多模光纤(MMF)和夹在中间的渐变多模光纤(GIF)组成,2段短MMF充当模式耦合器,GIF充当传感臂。从理论上分析了该传感器输出干涉光谱波谷的中心波长随外界溶液温度变化的规律并进行了相应的实验研究。实验结果表明:液体温度变化范围为20℃~90℃时,中心波长的变化与液体温度变化有单调递增的线性关系,对应的灵敏度为64.14pm/℃;为了进一步提高传感器灵敏度,对传感器的传感臂进行腐蚀,灵敏度增至98.14pm/℃。