干涉型光纤传感器阵列消PIF技术的研究

针对低双折射光纤双光束干涉型传感器两臂偏振态随机变化引起的信号衰落,提出了一种新型消偏振方式,它可以在可见度略有下降的情况下,较好地消除偏振态变化引起的信号可见度的随机变化。该方案是通过相互正交的两个偏振态来补偿由于其中一个偏振态变化导致的干涉信号衰落。通过自动增益控制电路可以使传感信号稳定,能够在信噪比有所下降的情况下消除偏振衰落的影响,实现了干涉型光纤传感器的消偏振衰落。     

非平衡光纤Mach-Zehder干涉仪偏振衰落及相位噪声分析

研究了非平衡光纤Mach-Zehnder干涉仪因两束干涉光偏振态变化引起的偏振衰落和相位噪声问题.运用波导耦合理论和光纤偏振光传输理论,通过详细的推导,得到非平衡光纤Mach-Zehnder干涉仪输出光强、可见度以及相位噪声的表达式,分析了干涉仪可见度、相位噪声与干涉仪输入光偏振态之间的关系,提出抑制偏振衰落和相移噪声的方法.     

偏振态调制的消偏振衰落干涉型光纤传感器

针对低双折射光纤双束干涉型传感器两行偏振态随机变化引起的信号衰落，提出了一种新型干涉型光纤传感器的消偏振衰落方案。通过在光纤干涉仪的输出端加对光波偏振态适当的高频调制．可以使干涉信号幅度波动小于４．７ｄＢ或６．３ｄＢ（与调制信号的形式有关），通过自动增益控制电路或将输出信号除以可见度的方式，能够在信噪比有所降低的情况下消除偏振衰落的影响，实现干涉型光纤传感器的消偏振衰落。     

干涉型光纤传感器输入偏振态反馈控制的分析研究

光纤干涉仪中的偏振态保持或控制技术是干涉型光纤传感器研究中极为重要的一个问题.特别当干涉光的两臂中的偏振态正交时,干涉仪输出的干涉信号为零,这时传感信号将完全消失.这原则上可以采用保偏光纤技术解决,但目前保偏光纤和保偏光纤耦合器成本高、技术不完善,人们对光纤水声传感器等干涉型光纤传感器中的偏振衰落问题的解决一般采用低双折射率光纤加消偏振态衰落或偏振控制的方式.经过研究分析,可以认为光纤干涉仪中的两臂偏振态的变化总体效果等同于从第一只耦合器输入光波的偏振态变化,当该输入偏振态的变化等于光纤干涉仪中两臂偏振态的反变化时,输入偏振态补偿了干涉仪中的偏振变化,因此有可能通过控制输入端光纤的偏振态达到对光纤偏振控制的目的. 对光纤干涉仪输入偏振态的反馈控制机理做了较深入的理论分析,推导出反馈系统的反馈信号与输入偏振态的关系式,建立并根据系统闭环控制物理模型,分析了光纤偏振控制器电压初始值要求及该反馈系统可能存在的稳定点,对消偏振衰落系统的设计和制作有较大的指导意义.(PD12)     

偏振态调制的偏振无关的干涉型光纤传感器

针对低双折射光纤双束干涉型传感器两壁偏振态随机变化引起的信号衰落,提出了一种新型干涉型光纤传感器的消偏振衰落方案。通过在光纤干涉仪的任何一臂加对光波偏振态适当的高频调制,在输出端高频滤波后,可以消除仪两壁偏振态的随机变化的影响,获得干涉信号可见度为0.707的稳定输出,从而实现干涉型光纤传感器的消偏振衰落。     

基于部分保偏器件的干涉型光纤传感器

在单模光纤构成的干涉型光纤传感器中,存在偏振衰落问题,将导致干涉效率降低.而为了消偏振衰落采用全保偏器件的光纤传感器成本过于高昂,影响其实用性.以马赫.泽德干涉仪为基础,用反馈信号控制偏振控制器加起偏器的结构消除了偏振衰落,构造了基于部分保偏器件的干涉型光纤传感器.实验得到系统输出信噪比稳定在60 dB左右.     

非平衡光纤Mach2Zehnder干涉仪偏振衰落及相位噪声分析

研究了非平衡光纤MachZehnder干涉仪因两束干涉光偏振态变化引起的偏振衰落和相位噪声问题。运用波导耦合理论和光纤偏振光传输理论,通过详细的推导,得到非平衡光纤MachZehnder干涉仪输出光强、可见度以及相位噪声的表达式,分析了干涉仪可见度、相位噪声与干涉仪输入光偏振态之间的关系,提出抑制偏振衰落和相移噪声的方法。     

保偏光纤偏振耦合系统的动态色散补偿

在白光保偏光纤(PMF)偏振耦合系统中,光纤双折射色散会引起干涉条纹包络随着光纤长度展宽,从而导致空间分辨率降低,光纤测量范围变小。为了减小双折射色散的影响,提出一种基于频域变换的色散相位补偿方法,通过干涉主极大包络与耦合点包络的宽度比求得相位补偿因子,并与非线性色散相位谱相乘,通过傅里叶逆变换得到色散补偿信号。实验分别对400m和1000m PMF进行了测试,得到光纤双折射色散系数为0.0116×10-9 ps/(nm.km),将测试系统对PMF 1000m处耦合点的空间分辨率由62.85cm提高到6.03cm,实现了对长距离PMF偏振耦合系统的动态色散补偿。     

非平衡光纤Mach-Zehnder干涉仪偏振衰落及相位噪声分析

研究了非平衡光纤Mach-Zehnder干涉仪因两束干涉光偏振态变化引起的偏振衰落和相位噪声问题。运用波导耦合理论和光纤偏振光传输理论，通过详细的推导，得到非平衡光纤Mach-Zehnder干涉仪输出光强、可见度以及相位噪声的表达式，分析了干涉仪可见度、相位噪声与干涉仪输入光偏振态之间的关系，提出抑制偏振衰落和相移噪声的方法。     

基于相位载波调制解调技术的全保偏光纤水听器

报道了基于相位载波调制解调技术的全保偏光纤水听器研究结果.采用全保偏光纤干涉仪结构消除了偏振不稳定性,运用相位载波调制解调信号处理技术消除相位随机漂移引起的干涉信号衰落的影响,实现了对声信号的稳定检测和光纤水听器探头的全光纤化.实验测得在20～1 600 Hz频段,光纤水听器的相位灵敏度约为-162.5 dB,灵敏度的起伏为±0.7 dB,500 Hz单频点的灵敏度变化小于0.1 dB.     

自适应光学技术提高FSO性能的实验验证

搭建了一套37单元的自适应光学系统和155M/2.5G大气激光通信系统室内实验平台。结果显示:大气湍流对激光通信性能影响很大。使用芯径为62.5μm的多模接收光纤时,自适应开闭环误码率最大改善超过4个数量级;使用芯径为10μm的单模接收光纤时,可以很明显地观测到接收端信号的深度衰落现象,且衰落程度与误码率一一对应。自适应光学闭环后,深度衰落得到了抑制,也极大地降低了系统误码率。     

光纤干涉系统光学湍流测量原理及其偏振噪声问题的分析

光纤干涉仪具有测量精度高、探测灵敏度大等优点,可用于直接测量大气湍流折射率起伏.首先简要介绍了光纤Mach-Zehnder干涉仪的光学湍流测量原理,描述了低双折射单模光纤中光束偏振态变化诱导的偏振信号衰落现象,并通过偏振态的邦加球分析和详细的公式推导,得出了干涉仪可见度和相移噪声的关系式.结果表明:控制输入光偏振态与干涉仪本征向量之间的夹角在零度左右,可有效地抑制偏振噪声,最后给出了偏振控制器实现偏振控制的原理,为构建稳定的光学湍流测量光纤干涉系统提供了科学依据.     

基于相位-强度调制转换的光纤色散精确测量方法

在分析光纤色散导致的相位-强度调制转换的基础上,提出了一种利用电光相位调制的光纤色散扫频测量方法。方法的原理为光纤色散使相位调制信号获得附加相移并产生周期性衰落,从衰落曲线的特征性凹陷频率确定出光纤色散。实际运用中,由于凹陷频率附近的信号弱,因此噪声大且不稳定。为了解决这一问题,通过衰落曲线的多项式拟合,进一步提高凹陷频率和光纤色散的测量精度。实验中,对长光纤或者短光纤分别测试以验证本文方法对于不同色散的适应性。实验结果表明,本文方法的相对误差小于0.22%。使用矢量网络分析仪(VNA)和相位调制器进行测试,可工作于不同光波长,适用于测量不同种类的光纤的色散;并且可以利用简单的实验系统,实现光纤色散的大小和符号的测量。     

Optimum selection diversity for BPSK signals in Rayleigh fadingchannels

We propose a new selection diversity scheme, called |ar|-selection diversity, that selects the branch providing the largest magnitude of log-likelihood ratio (LLR). The LLR for BPSK signals in fading channels is found to be proportional to the product of the fading amplitude and the matched filter output after phase compensation. The proposed |ar|-selection diversity scheme is shown to be optimal in the sense of minimizing the bit error rate (BER), and outperform existing selection diversity schemes. We also propose a suboptimal selection diversity scheme, called |aw|-selection diversity, that does not require a phase compensation in the selection process, thereby significantly reducing implementation complexity. We show that the proposed |ar|-selection and |aw|-selection diversity schemes exhibit significant power gains over existing selection diversity schemes in Rayleigh fading channels     

BER Analysis of OFDM Systems Impaired by Phase Noise in Frequency-Selective Fading Channels

In this paper, we study the effect of finite-power, phase-locked loop based phase noise on the bit-error-rate (BER) performance of orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) systems in frequency-selective fading channels. It is well known the impact of phase noise on the performance of an OFDM system can be divided into a multiplicative term called common phase error (CPE) and an additive term called intercarrier interference (ICI). Based on the conditional Gaussian approximation technique, we first derive the BER formulas for BPSK, QPSK, 16-QAM, and 64-QAM modulated OFDM signals in frequency-selective Rayleigh fading channels. To further quantify the individual influence of the CPE and the ICI on system performance for different phase noise spectra, we derive the BER expressions for perfect CPE compensation cases. The analytical results obtained for frequency-selective Rayleigh fading channels are then generalized to frequency-selective Rician fading channels. Simulation results not only validate the accuracy of our analysis but also show the dependency of BERs on the shapes of phase noise spectra.     

Rayleigh fading compensation for QAM in land mobile radiocommunications

A pilot symbol-aided Rayleigh fading compensation is investigated for M-ary quadrature amplitude modulation (QAM) to achieve highly spectrally efficient land mobile communication systems. The optimum parameters for fading compensation, bit error rate (BER) performance against E_b/N₀ (energy per bit to the noise power spectrum density), adjacent channel interference, and cochannel interference for 16-QAM, 64-QAM, and 256-QAM, and the spectral efficiencies for these modulation schemes in Rayleigh fading environments are investigated by computer simulation. To further verify the effect of pilot symbol-aided fading compensation from a a practical point of view, a 16-QAM modem is implemented, laboratory experiments are executed, and the impact of the dynamic range limitation due to the resolution of the analog-to-digital (A/D) converters is evaluated, along with the imperfection of the analog circuits. It is demonstrated by computer simulation and laboratory experiments that the pilot symbol-aided fading compensation can sufficiently compensate for fast varying Rayleigh fading, and 16-QAM gives the highest spectral efficiency in the case of cellular systems     

三分量全保偏光纤加速度传感器的研究

报道了三分量全保偏光纤加速度传感器的实验研究结果。传感器由6个弹性柱体共同支撑1个质量块构成三分量结构,由3个迈克尔逊全保偏光纤干涉仪共用一个光源组成。光学部分采用全保偏光纤干涉仪结构,消除了干涉光束偏振态随机变化引起的信号衰落,采用光频调制相位载波解调信号处理技术,消除了相位随机漂移引起的信号衰落,从而实现了对加速度信号的稳定检测。传感器的工作频带为5~500 Hz,加速度灵敏度达到660 rad/g,系统最小可测相位差为10-5rad,最小可测加速度达1.5×10-7m/s2,工作频带内加速度灵敏度变化小于2 dB。三轴加速度灵敏度和频率响应曲线与理论分析的结果基本一致。     

基于光纤差分相移键控的色散补偿方案的研究

为了研究光差分相移键控(DPSK)调制格式在光纤高速传输系统中的色散补偿, 利用色散补偿光纤(DCF)的色散补偿原理, 对40Gbit/s光纤传输系统进行色散补偿, 分析了40Gbit/s单通道光纤传输系统中3种DPSK调制格式信号的频谱特性; 仿真了3种码型的色散容忍度以及3种调制格式在考虑光纤的非线性下的色散补偿方案。结果表明, 光非归零码差分相移键控(NRZ-DPSK)信号具有最好的色散容忍度, 但其受非线性的影响比较大; 33%归零码差分相移键控(33%RZ-DPSK)信号的色散容忍度差, 但其色散补偿后的效果优于NRZ-DPSK; 而载波抑制归零码差分相移键控信号对色散和非线性效应都有较好的抑制; 3种DPSK调制格式均在对称补偿2方案中色散补偿的效果最佳。此仿真研究对光DPSK信号在光纤中的色散补偿具有参考意义。