相干光通信系统中光束的偏振控制及控制算法研究

在相干光通信系统中,由于大气湍流的影响,信号光的偏振态具有不确定性,而光混频器对信号光和本振光的偏振态比较敏感。结合光混频器原理推导出信号光偏振态、中频信号和混频效率三者之间的关系,以中频信号幅值作为反馈控制信号光偏振态以提高混频效率,并设计一种适用于相干光通信系统的单粒子优化算法。实验结果表明,在闭环状态下,偏振控制系统中频信号的幅值快速增大,混频效率提升64%左右,中频信号幅值的波动方差减小为0.001,实现了相干光通信系统中的偏振控制。     

空间相干光通信中本振光功率对信噪比的影响

为研究空间相干光通信的信噪比受本振光功率、探测器特性和光波偏振态的影响,对探测器在不同工作状态下以及光波偏振态变化时的信噪比进行了研究,讨论了在不同工作状态下探测器特性参数和本振光功率对信噪比的影响,并通过实验验证了本振光功率和光波偏振态对信噪比的影响。结果证明空间相干光通信中探测器特性参数限制了本振光功率的取值,实际最大信噪比小于理论值,最佳本振光功率大于理论值,且两光束的偏振方向越接近,输出信噪比越大,最佳本振光功率越小。     

相干光检测系统中的偏振控制

相干光检测可以提高光通信系统的接收灵敏度,改善系统的性能;但大气的退偏效应使光信号通过大气传输后偏振状态随机变化,难以实现两束光偏振态一致的要求,直接影响该系统的检测效率。文中讨论了相干光通信系统偏振控制的新方法,在此基础上建立了偏振控制数学模型。选择挤压光纤偏振控制器作为该方案的偏振控制器件,选择模拟退火算法为该系统控制算法,并利用改进后的模拟退火算法实现偏振态的自动控制,整个控制过程采用盲搜索,没有具体参量的变化。仿真结果表明:该方法适合相干光通信,达到了偏振控制的目的。     

相干光通信系统中的偏振控制

在相干光通信系统中,接收端的输入信号与本振信号的偏振状态(SOP)必须匹配,以保证其接收灵敏度。但是,通常使用的单模光纤,由于受温度或其它环境条件的影响,光纤中传输光的偏振态是不稳的,因此,有必要对传输的光信号进行偏振控制。本文所用的控制SOP的器件是挤压控制器,是一种线性双折射元件。     

偏振模色散补偿系统

以偏振主态原理为基础,利用高双折射光纤作为PMD补偿器,在实验上实现了0－50ps的偏振模色散补偿。这对于长距离,10Gbit/s以上的光通信系统具有重要的实际意义。     

偏振失配对空间相干光通信系统性能的影响

基于琼斯偏振理论,对通信系统光端机和大气传输信道进行了偏振建模,定量分析了传输过程中二者对信号光的偏振改变作用,并推导出信号光和本振光的偏振失配与混频效率之间的关系.在此基础上,利用偏振调控反馈算法和PCD-M02型压电陶瓷式偏振控制器(PCD),提出了一种自动反馈式偏振调控补偿装置,能够有效避免偏振失配现象的发生,保证了较高的混频效率,进而提高了空间相干光通信系统的整体性能.     

可光纤集成的相干态量子身份认证系统

报道了可光纤集成相干态量子身份认证实验系统。该系统采用偏振相干态的斯托克斯矢量作为量子信号载体,采用动态偏振控制器作为信号调制器,利用固有的相干态量子噪声保证系统的安全性。自行设计了脉冲激光驱动电路、微弱窄脉冲激光探测电路、信号同步模块,采用Socket网络通信程序在TCP/IP局域网中实现了量子保密通信所需要的经典通信。该相干态量子身份认证系统采用的运行密钥为12位,每个光脉冲包含40000个光子,传输速率达到8kbit/s,合法用户间误码率(BER)小于10-4。每传输一个比特信息,攻击者所能窃取的信息量I(Alice,Eve)<10-14bit。     

40/100Gb/s偏振复用相干检测光模块的技术分析

利用偏振复用四相相移键控(PM-QPSK)调制技术和相干检测技术,实现40/100 Gb/s光模块的长距离传输。基于相干检测的偏振复用四相相移键控调制格式是40/100 Gb/s长距离传输的主要研究方向,与直接检测系统相比,相干检测具有更高的频谱效率。现有的相干检测是基于高速模数转换器(ADC)的快速发展,ADC对混频后的基带信号采样,通过数字信号处理(DSP)芯片数字均衡的方式完成相干接收。数字信号处理芯片数字均衡的方式可以实现定时恢复、信号恢复、偏振和偏振模色散(PMD)跟踪,以及色散补偿。     

偏分复用系统中直接解复用反馈信号建模及验证

在采用直接解复用的偏分复用(PDM)系统中,反馈信号是决定系统解复用性能的关键因素,因此反馈信号的选取与正确建模至关重要。本文详细分析了两偏振态信号光相干性对基于光功率差和射频(RF)功率两种直接解复用反馈信号的影响,完善了相关的理论模型,建立了100Gbit/s的PDM-DQPSK传输系统仿真平台,对两种反馈信号的解复用效果进行了验证。结果表明,无论两偏振态信号光的相干性如何,基于光功率差的反馈信号都适用,而RF功率反馈信号只适用于信号光相干度较大的情况;在两种反馈信号均可以使用的情况下,它们的解复用效果基本相同,引入的光功率代价均约为0.1dB。     

PMD补偿反馈控制信息DOP与DGD的数学模型

与电功率反馈控制信息相比,偏振度(DOP)作为偏振模色散(PMD)动态补偿技术中的反馈控制信息在码率透明等方面有其优势.本文以准单色光理论和2×2相干矩阵为基础,推导了DOP与差分群延迟(DGD)之间的一般数学关系,推导中考虑了光脉冲波形函数、脉冲宽度、光在两个偏振主态上分光比等因素对这一关系的影响;给出了表示两偏振主态(PSP)方向上光脉冲交叠程度的相干函数;计算了当脉冲波形函数为高斯型时DOP的表示式,给出了当分光比为0.5和不同高斯脉冲宽度下光偏振度随差分群延迟变化的关系曲线.将理论计算结果与用10Gb/s的伪随机序列在归零码(RZ)下的实验测量数据进行了比较,表明在一定的DGD范围内理论计算与实验结果一致.     

基于分布式光传感的输电线路地震信号分析

为了分析地震对输电线路的影响,利用OPGW分布式光传感监测系统采集了地震案例数据,对输电线路受地震影响时的振动进行了特征分析,并初步尝试以实测塔线体系振动数据开展地震对输电线路的影响程度评估,充分验证了基于光纤复合架空地线(OPGW)的分布式光传感监测系统可以准确监测到输电线路通道的地震活动,并能感知全线路受地震波的影响情况。     

偏振复用QPSK相干光数字通信系统实验研究

建立了偏振复用正交相移键控(QPSK)传输及相干检测的数字通信实验系统,并分析系统的性能。40Gbit/s的偏振复用QPSK信号在单模光纤(SMF)中传输了100km;信号光与本振光在接收端进行混频并下变频,最后用数字信号处理(DSP)算法对接收信号离线处理。比较了光纤传输前后不同的光信噪比(OSNR)下的误码率(BER),实验结果表明,所使用的DSP算法能克服光纤信道对信号的主要损伤,对高速的相干检测信号进行有效的恢复。     

一种采用光学相位分集接收技术的相干光正交频分复用远端接入系统

提出了一种采用基于光学相位分集接收技术实现远程相干光正交频分复用(CO-OFDM)信号的远程光接入方案,并进行了理论研究和仿真验证。在本方案中,没有使用色散补偿光纤(DCF)或者色散补偿模块(DCM)补偿光纤信道色散导致的负面效应,原因是CO-OFDM信号能有效抵抗传输过程中色度色散(CD)和偏振模色散(PMD)引起的负面效应。仿真结果表明,10Gbit/s CO-OOFDM信号在标准单模光纤(SMF-28)传输320km后,采用相位估计技术得到的OFDM电信号,其时域波形的相位抖动幅度更小;与采用光载波自提取技术接收相位调制COOFDM的方案进行比较,测试误差向量幅度(EVM)的结果表明,本文方案可以获得更好的COOFDM信号接收性能,星座图中星座点收敛更加紧凑,接收的CO-OFDM信号质量更高。     

相干光纤通信系统中的偏振分集接收机的实验研究

本文讨论了相干光纤通信系统中的偏振分集接收机的基本原理,并在实验中首次实现了基于偏振分集的偏振不敏感接收。在调制信号为137.2MHz和146.0MHz正弦波的情况下,得到了很好的与信号偏振面无关的解调信号。这一结果正在应用于1.5μm波段140Mb/s FSK相干光纤通信系统之中。     

BER analysis of coherent optical CDMA communication systems with transfer function matrix

We analyze the bit error rate (BER) of coherent optical code-division multiple-access (CDMA) communication systems with a transfer function matrix (TFM). The coherent optical CDMA is a promising system for an access network due to its advantages of asynchronous transmission, information security, multiple-access capability. TFM is defined as the Fourier transform of the impulse response of an optical fiber, which interconnects each CDMA system. TFM has parameters such as the state of polarization (SOP), phase difference, power distribution between two orthogonal modes over an optical frequency range. We first analyze the statistic of a received signal via an optical fiber with TFM, and then apply the statistic to the BER analysis. The analytical results show that BER increases with the bandwidth of a signal, and that selecting a proper center frequency leads to the BER reduction.     

光学介质对CO2激光相干雷达光束偏振态的影响

讨论了红外相干激光雷达中光学介质对偏振光束的影响程度,包括光束分束片和反射镜片的影响,给出了定量的结果。表明在相干激光雷达系统中,光学镜片的选取与放置将影响激光束的偏振性质,在系统应用中应仔细考虑。     

Evaluation of Sensitivity of the Digital Coherent Receiver

In this paper, we investigate the sensitivity of the digital coherent receiver both theoretically and experimentally. The receiver sensitivity close to the shot-noise limit is demonstrated in the 10-Gbit/s binary phase-shift keying system with the help of a low-noise optical preamplifier. We also introduce polarization diversity into our receiver. Maximal-ratio polarization combining in the digital domain makes the receiver sensitivity independent of the state of polarization of the incoming signal without power penalty.      

高光学效率相干多普勒激光雷达的测风性能分析与测试

近期研发了一套高光学效率全光纤化相干激光雷达设备,可用于风场的实时探测。该相干激光雷达工作于1.55 m波段,望远镜直径50 mm,时间分辨率和距离分辨率分别是1 s和30 m。系统集成了光纤结构的接收单元、可编程扫描模式的两轴扫描头及一个用于实时信号处理的多核数字信号处理器。对系统的测风性能进行了理论分析并同实验结果进行了对比,验证了系统测量距离达到5 km。之后,通过将激光雷达与超声波风速仪数据进行对比验证系统的测量精度。经过数据分析水平风速相关系数达0.980,标准差为0.235 m/s,风向数据相关系数达0.993,标准差为3.105。表明该相干激光雷达具有优良的性能,可以应用于大气边界层内的风场探测。