激光器强度噪声对光纤水听器相位载波解调的影响

相位载波(PGC)调制解调技术作为光纤水听器主要的检测技术之一,已经应用于许多光纤水听器阵列系统之中,该方案对光源提出了窄线宽、可调谐、低噪声等较高的要求。实验中发现,光源弛豫噪声对系统噪声性能产生了较大的影响。在理论分析光源弛豫噪声对相位载波解调影响的基础上,提出了通过调节抽运功率,控制弛豫振荡中心频率为相位载波调制频率的半倍频的奇数倍,来降低系统解调噪声的方法,实验验证了理论结果,解调噪声由最高的—86.7 dB减小到—106 dB。实验进一步采用了光电负反馈方法来抑制弛豫噪声,在弛豫振荡峰处抑制噪声约25 dB,得到了约—100 dB的较为平坦的激光器噪声谱级,使得相位载波解调噪声达到—110 dB,基本满足了光纤水听器系统的要求。     

光纤水听器远程传输中相干瑞利噪声的抑制

在使用窄线宽光源的干涉型光纤水听器远程传输系统中,瑞利散射通过多光束干涉引入了严重的相干噪声。分析了光纤远程传输产生的单次瑞利后向散射(RB)和双重瑞利散射(DRS)对干涉系统的影响,并使用隔离器对RB进行抑制。推导了DRS引入的相位噪声的模型,通过讨论DRS的调制特性,得出相位产生载波(PGC)技术在消除相位衰落的同时也可以大大抑制DRS产生相干噪声的结论。实验结果表明,在光纤水听器往返各25km的传输系统中,隔离器对RB产生的相位噪声抑制最大达20dB,PGC技术对DRS噪声的抑制最大达10dB。在同时抑制RB和DRS后,50km光纤传输系统中相干瑞利散射噪声的影响基本消除。     

基于微纳光纤全光相位调制器的PGC解调系统

基于光源内调制法的相位生成载波(PGC)解调系统中存在因干涉仪臂差及光源快速调谐引入环境相位噪声和光源相位噪声等问题,为此,建立了基于微纳光纤全光相位调制器的新型PGC解调系统。为满足PGC解调技术应用要求,设计了基于光吸收致热效应的微纳光纤全光相位调制器,调制带宽可达10kHz以上。在此基础上,构建了光纤水听器PGC解调系统,并进行了模拟水声信号的测试解调研究。实验结果显示,该系统可以对3kHz以下水声信号的进行良好解调。     

RZ-DPSK传输系统相位噪声的比较分析

建立了单信道40Gbit／s归零-差分相移键控码（RZ-DPSK）传输系统模型，详细地分析并比较了线性相位噪声和非线性相位噪声对系统性能的影响。结果表明，由放大器自发辐射（ASE）噪声带来的线性相位噪声对传输系统的性能影响最大，ASE与自相位调制（SPM）相互作用引起的Gordon-Mollenauer（G-M）相移次之，带内四波混频（IFWM）的影响最小。在最优输入功率的条件下，由ASE带来的线性相位噪声引起的系统差分相位Q值代价大于204dB，由G-M相移引起的系统差分相位Q值代价小于7．5dB。仿真结果表明，对于采用掺铒光纤放大器（EDFA）级联放大的单信道40Gbit／s RZ-DPSK传输系统，ASE噪声是限制系统无中继传输距离的最主要因素。     

基于LPFG滤噪和混合放大的长距离FBG传感器系统

设计的基于长周期光纤光栅(LPFG)滤噪和掺Er光纤(EDF)/喇曼混合放大的长距离光纤布拉格光栅(FBG)传感器系统,不但优化了系统的信噪比(SNR),而且使传感距离提高到50 km.该系统以高功率扫描激光器作为传感光源和解调系统,加入的LPFG减小了双向喇曼放大的自发辐射(ASE)噪声和FBG后向反射噪声,同时双环形器的EDF结构利用剩余的泵浦功率产生ASE光和放大传感信号,为后端FBG提供了光源以及提高了后端FBG的SNR.带LPFG的混合放大与EDF/喇漫混合放大相比,实验表明,FBG 1和FBG 2的SNR分别提高了4.40 dB和4.38 dB,而且分布在50 km光纤上的4个FBG均获得了大于15 dB的SNR.     

不同相位噪声谱对QPSK的性能影响分析

研究了相位噪声对QPSK系统的性能影响,利用高斯信道下带有相位噪声的条件误码率公式,分析了不同相位噪声谱所带来的解调损失。相位调制是一种恒包络调制方式,它对调制信号的相位偏移非常敏感,在单频相位噪声模型基础上,把相位噪声功率谱密度与相干解调的误码率公式相联系起来,计算了高斯信道条件下不同相位噪声谱对不同速率QPSK信号的解调损失。     

新型副载波调制EDFA远程在线监控技术的原理论证

从理论和实验上论证了一种用于掺铒光纤放大器 (EDFA)远程在线监控和判断级连EDFA系统级间断点位置的技术方案。该方案利用频移键控 频分复用 (FSK FDM)技术进行声频副载波调制 ,通过光强度调制实现远程在线EDFA监控信息随主信号的传输。实验测得在副载波调制度为 3 %和 15 %时 ,10Gbit s波分复用 (WDM)光传输系统的功率代价分别为 0 16dB和 0 86dB。采用锁相技术 ,成功进行了 3 %调制度的监控信息解调。说明该方案可以实现对 5级EDFA系统的监控     

光纤光栅高速动态振动信号解调技术的研究

研究了一种基于放大自发辐射光源(ASE)的光纤布拉格光栅(FBG)振动传感解调系统.利用改进光源的基础上,在线性边带的上升沿2.5 nm范围内,线性拟合度达到了0.999 4,实现了波长线性解调,动态测量范围达到40～50 dB.实验表明,本文提出的解调系统结构简单、响应速度快、输出线性好,适合高速动态信号的检测.     

基于MZ干涉仪的光纤法珀传感器解调方法

该文研究了一种基于马赫曾德尔干涉仪(MZI)结构的光纤法珀(FP)传感器扫描式互相关解调方法。解调系统中的光源采用C+L波段放大自发辐射(ASE)宽带光源,用于匹配FP腔的MZI采用可调光纤延时线与压电陶瓷(PZT)式光纤相位调制器等集成光学器件构成,解调系统整体实现相对简便。实验中搭建的MZI,其臂长差在16.8 cm范围内连续可调,并可在15 μm范围实现重复扫描,扫描速度达到50 Hz。理论仿真分析及实验验证表明,该套解调系统可以实现对FP传感器的信号解调。     

基于LabVIEW的光纤水听器闭环工作点控制系统

介绍了一种基于LabVIEW的干涉型光纤水听器闭环工作点控制系统.该系统通过调节光源频率,利用非平衡干涉仪两臂的光程差产生补偿相位,实现了工作点的控制,从而避免了在干涉仪中引入压电陶瓷(PZT),提高了系统的稳定性与可靠性.同时,对传统的信号解调算法进行了改进,提高了解调精度和动态范围.利用该系统对某一干涉型光纤水听器的声压相位灵敏度进行了测量.在频带102～2×103 Hz上,平均灵敏度为-162 dB,频响波动＜±1.0 dB,与采用相位载波(PGC)调制解调方法测量的结果基本一致,验证了该系统的可行性.     

IRA码在远程光纤通信系统中的应用

前向纠错码 (FEC)是光纤通信系统提高系统容量的一项关键技术。在远程光纤信道中 ,放大器自发辐射 (ASE)噪声是主要噪声源。FEC在光纤通信系统应用时 ,通常用高斯分布估计ASE噪声。本文提出用x平方律分布模型代替高斯信道模型 ,并将高性能的不规则重复累积 (IRA)码应用于远程光纤通信系统。仿真结果表明 :IRA码的性能优于RS码、Turbo码等 ,而且x平方律信道的性能优于高斯信道。     

放大自发辐射光噪声的加速老化研究

掺铒光纤放大自发辐射(ASE)光源广泛应用于光纤传感、通信、精密测量等领域。光噪声在长期连续工作时对后续检测或测量系统的精度和灵敏度影响很大,但至今少见报道。在此,利用加速老化系统对ASE光源的光路部分进行343 K加速老化实验,并在过程中原位监视了其光噪声的演化情况。根据阿伦尼斯模型,换算得到ASE光源在室温环境下连续工作期间,前3200 h内其光信号噪声下降了约0.0743μV2Hz-1,而后的44416 h中缓慢增加了0.0338μV2Hz-1。在老化前后,光噪声均为光功率的二次函数,通过拟合可得到,其二次项系数α(或称为光相对强度噪声系数)和一次项系数β(或称为光散粒噪声系数)。经过老化实验,两系数α和β都相应的增加,其中α增加了0.010μV2μW-2Hz-1,β增加了0.054μV2μW-1Hz-1。同时经过老化实验,ASE光源光谱发生形变且不可恢复。     

基于固定相位延迟的相位生成载波检测方法

为了克服光源频率调制深度、信号相位延迟、伴生调幅等参数对基于正交项解调的相位生成载波(OT-PGC)解调方法的影响,提出一种基于固定相位延迟的PGC检测方法(FPD-PGC),采用3×2耦合器产生固定相位延迟,分别利用两路信号的倍频信号进行解调。详细阐述了该方法的检测原理,分析了关键参数的影响。当伴生调幅系数为0.4时,仿真对比了FPD-PGC方法与OT-PGC方法的解调性能,结果表明新方法谐波比提高30dB以上,系统信噪比(SNR)也有显著改善。对实际信号进行解调,得到了类似结果。分析及实验表明该方法完全消除了信号相位延迟的影响,较好地抑制了调频深度和伴生调幅的影响。     

多元位置随机极性CP-EBPSK调制解调器研究

为改善随机极性的连续相位扩展二元相移键控(Extended Binary Phase Shift Keying with Continuous Phase,CP-EBPSK)调制信号的频谱利用率,提出了一种多元位置随机极性CP-EBPSK调制方式。阐述了多元位置随机极性CP-EBPSK调制原理。在数字冲击滤波器的基础上,分别给出了基于多路判决方式、贪婪判决方式和合理判决方式的解调器,并通过仿真对比和分析了CP-EBPSK调制、随机极性CP-EBPSK调制和多元位置随机极性CP-EBPSK调制的功率谱、-60dB带宽、频谱利用率和解调性能。仿真结果表明:1)在频谱结构不变的条件下,新的调制方式可使信息传输速率和频谱利用率成倍提高;2) 若以bps/Hz/SNR(dB)为综合指标,CP-EBPSK系统为1.18*10-3,随机极性CP-EBPSK系统为7.01,而新的调制解调系统为13.8。      

谐振式光纤陀螺角度随机游走的分析与优化

谐振式光纤陀螺(RFOG)是基于Sagnac效应产生的顺时针光路与逆时针光路的谐振频率差来测量旋转角速率的光学传感器。由于Sagnac效应极为微弱,RFOG常采用信号调制解调技术提高检测精度。首先介绍了基于正弦相位调制解调的RFOG的基本原理及衡量其性能的主要指标,详细推导了基于正弦相位调制解调的RFOG系统受散粒噪声制约的理论角度随机游走(ARW)的表达式,分析了调制参数包括调制频率和调制系数对理论ARW的影响。研究表明,在给定的激光功率及光纤环形谐振腔条件下,存在一组最佳的调制参数和解调相位,用于实现ARW的最小化。以直径为12 cm、总长为29 m、测试清晰度为14.7的光纤环形谐振腔搭建了实际RFOG系统,当调制频率分别为1 MHz、600 kHz、240 kHz时,测试得到的陀螺ARW分别为0.0124,0.0072,0.0052 (°)·h~(-1/2)。     

干涉可见度波动对PGC解调传感器结果的影响分析

干涉型光纤传感器在军用探测、航空航天等许多领域都有广泛的应用前景。直接调制光源频率(Frequency Modulation,FM)的相位生成载波(Phase Generated Carrier demodulation,PGC)PGC解调方法干涉型光纤系统的重要解调方式解调方法是干涉型光纤传感系统的重要解调方法。本文从解调结果的线性度和谐波抑制比(Harmonic Suppression Ratio,HSR)两方面分析了干涉可见度波动率对的的影响。分析结果表明随着干涉可见度波动的增大,解调结果线性度变差,解调结果HSR(Harmonic Suppression Ratio)降低。当解调信号幅度为1rad,光源伴生调幅为0.1,光频调制深度为2.63时,如果系统容忍线性度误差不超过1%,则可见度波动应控制在±8%;如果保证系统解调结果HSR不低于50dB,则可见度波动应控制在±9%。     

色散补偿方式对相位调制系统中相位噪声的影响

分别推导了相位调制系统中采用色散预补偿方式和后补偿方式下非线性相位噪声的计算公式,基于此对这两种色散补偿方式下的相位噪声、功率容限以及最优信号峰值功率进行了详细的分析和讨论,结果表明:采用色散预补偿方式较后补偿方式能更有效地抑制非线性相位噪声,其对非线性相位噪声的抑制能力随着信号能量、放大自发辐射(ASE)的功率谱密度以及传输距离的增加而提高;同时,色散预补偿系统具有更高的功率容限;色散的作用使系统的最优信号峰值功率增大,最佳相移大于1rad;色散预补偿系统的最优信号峰值功率大于色散后补偿系统。     

PMD对偏振分光OSNR监测方法的影响

偏振模色散(PMD)引起的传输信号去偏是造成偏振分光法监测光信噪比(OSNR)准确性下降的主要因素.研究了偏振模色散对信号和放大的自发辐射(ASE)噪声功率测量的影响,推导得出了误差计算公式并通过仿真实验得到验证.理论分析和仿真实验结果均表明:测量误差随着PMD的增大而增大,当差分群时延(DGD)为80 ps时,误差达4.5 dB;测量误差还随着系统传输速率和信道自身光信噪比的提高而变大.     

一种消除伴生调幅的光源调频型相位生成载波解调方法

为了克服伴生调幅对光源调频型相位生成载波(PGC)解调方法的影响,提出一种基于双路干涉信号和微分-交叉相乘(DCM,differential-cross multiply)的PGC解调方法.通过3×2耦合器引入双路干涉信号,直接调制光源频率获得相位载波.实验结果表明,新方法较好地消除了光源伴生调幅的影响.对于4 rad...     

基于相位调制器倍频技术产生56GHz毫米波的光载无线通信系统

提出并实验研究了一种基于光相位调制器(PM)倍频技术产生56GHz毫米波的光载无线通信(RoF)系统。在中心站,通过28GHz射频(RF)信号驱动PM产生了56GHz光毫米波,并将下行的2.8Gb/s开关键控(OOK)信号调制到该光载波上,然后经过20km标准单模光纤(SSMF)传输至基站,最后由天线进行发射。用户终端接收后,采用相干解调恢复出基带信号。实验结果表明,56GHz光载毫米波信号经SSMF传输20km后其功率代价小于1dB,通过无线方式传输1.1m后其功率代价小于2.5dB。