有源星型光纤CAN网络的数据传输系统的研究设计

在电磁干扰较强的工业现场环境下,为了提高数据传输的可靠性,以光纤作为数据传输介质的应用越来越广泛。目前以光纤作为传输介质的CAN总线的标准并没有形成,对各种CAN网络的拓扑结构和光纤CAN网络的特点进行了分析之后,提出了一种基于光纤的有源星型CAN网络的数据传输系统的设计方案。设计出数据传输系统的结构、硬件和软件,其中硬件主要包括用LPC2292作为CAN控制器,光纤收发模块的设计以及采用FPGA芯片作为有源耦合器的主控芯片,软件主要包括基于LPC2292微控制器实现CAN应用层协议和上位机监控软件的设计。通过四个CAN节点的实验的测试,系统具有良好的可靠性,同时验证了系统设计方案的正确性与可行性。     

多接口融合光纤总线光网络终端设计

光网络终端(network terminal,NT)是光纤数据总线中的数据传输与处理终端,是光纤总线的重要组成部分。介绍了一种集成通用异步收发传输(universal asynchronous receiver&transmitter,UART)、控制器域网(controller area network,CAN)、以太网、高速串行计算机扩展总线(peripheral component interconnect express,PCIE)等多种接口的NT。这种NT以现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array, FPGA)为硬件基础,通过设计各接口对应知识产权模块(intellectual property core,IP核),以及基于FPGA平台设计不同接口数据格式转换逻辑模块,完成了符合光纤数据总线要求的NT设计。以该方法设计的NT可以低延时处理在光纤数据总线上UART、CAN、以太网、PCIE等接口的数据。最后,通过与国内外相似总线产品和标准比对,表明该种NT组成的光纤数据总线可以有效解决不同类型接口之间数据传输的问题。     

基于光开关和图论的多主体协作光纤传感网络自修复方法研究

针对多主体协作健康监测系统中光纤传感网络链路故障,提出了一种基于光开关和图论的光纤传感网络自修复方法。研究采用图论相关理论表述含光开关光纤传感器网络链路的连通情况,据此研究了光纤传感网络出现链路故障时光开关的切换策略,实现对失效光纤布拉格光栅(FBG)传感器信号的自修复。以航空铝板结构试验件为实验对象,针对光纤传感网络典型链路故障,对基于光开关和多主体协作的光纤传感网络自修复效果进行了对比实验。实验结果表明:在光开关和主体协作下,识别精度较没有修复时识别精度提高10.02mm,仅比网络结构完好时识别精度降低3.61mm,有效提高了载荷识别精度以及光纤传感网络的可靠性。     

基于网状光网络的智能实时监测保护系统的研究

目前光网络的拓扑结构越来越复杂,逐渐向网状结构光网络发展。提出了一种新的网状光网络智能实时在线监测保护方案,该方案采用下层嵌入式监测设备＋上层网管中心的模式。在嵌入式监测保护设备上加入保护光纤路由计算的功能,由嵌入式监测保护设备事先用路由算法计算出每条工作光纤的备用光纤路由,在工作光纤发生故障时及时进行切换。该方案实现了真正无人值守的光网络智能实时在线监测保护设备,适应网状光网络的发展要求,实现网状光网络的透明无阻断通信。     

基于光纤布拉格光栅波/时分复用传感网络研究

在频率和时域网络中光纤布拉格光栅(FBG)传感网络的资源极其丰富,但单一的复用组网技术只能利用其一方面的资源,网络资源的利用率不高。为了充分利用传感网络资源,提出了一种新型的基于波分复用(WDM)/时分复用(TDM)的网络复用技术的光纤传感网络设计方案。首先将光纤带宽利用阵列波导光栅(AWG)进行波分复用,然后对波分复用的每一信道进行时分复用。在此基础上分析了网络中的散粒噪声和信道串扰对测量结果的影响。充分利用了光信号在频率和时域上的信息,使传感网络具有了寻址和解调数百个光栅信号的潜在能力。该网络可实现超大容量传感,提高带宽利用率,降低成本,具有很好的应用前景。     

一种新型光交叉连接器的设计

由于光交叉连接器(OXC)在密集波分复用(DWDM)网络中起关键作用，文中提出一种采用双向环行器的新型光交叉连接器设计方案。其基本结构由一个双向环行器与一个光纤布拉格光栅(FBG)组成，构成一个2×2光交叉连接器，再根据这一基本结构设计出可满足实际需要的N×N光交叉连接器。此方法具有结构简单、体积小、价格便宜及所需环行器数量少(比传统的少67％) 等优点。最后，把新型光交叉连接器的插入损耗与传统结构连接器的插入损耗进行了比较。仿真结果表明，新结构比传统结构具有更小的插入损耗。     

采用WDM技术的光纤Bragg光栅传感网络

采用绝对测量原理的波长调制技术,光纤Bragg光栅可组成并行、串行和阵列WDM拓扑结构.分析表明,光纤Bragg光栅网络的工作原理类似于一个多宽带平面镜.利用光谱仪可测量上述光纤Bragg光栅网络的反射谱,其中,光源是宽带为～40nm的掺饵光纤放大器.当网络中的光纤Bragg光栅受扰动后,受扰光栅的反射谱发生相应的变化,即Bragg波长发生相应的偏移.结果表明,当事先确定了光纤光栅的波长调制范围,反射的峰值波长能反应光纤光栅传感网络的信息.值得注意的是～3nm的波长调制范围可满足～100℃和～2000με的参量测量.     

光网络中光纤光栅构成的波长分插复用器理论及进展

本文从光网络角度详细叙述、分析了各种光纤光栅构成的波长分插复用器技术的发展及理论 ,并指出了不同种类分插复用器各自适用的范围 ,表明了光纤光栅构成的波长分插复用器在光网络中的重要性。     

光网络中光纤光栅构成的波长分插复用器理论及进展

本从光网络角度详细叙述、分析了各种光纤光栅构成的波长分插复用器技术的发展及理论,并指出了不同种类分插复用器各自适用的范围,表明了光纤光栅构成的波长分插复用器在光网络中的重要性。     

基于互逆光纤色散的微波光子雷达系统设计和实现

提出一种基于互逆光纤色散的微波光子雷达系统设计方案,既可以产生宽带线性调频信号,又可以实现线性调频信号的光域脉冲压缩.在发射端利用互逆色散光纤产生线性调频信号.在接收端,雷达回波信号通过马赫-曾德调制器调制到预啁啾的光信号上,然后经过色散光纤的进一步色散.最终在探测器端可以得到目标回波信号脉冲压缩后的结果.该方案无需脉冲压缩过程中数字化和离线处理,且具有脉冲压缩比的调谐作用.理论、数值仿真和实验证明了该设计方案能有效进行线性调频信号的光域脉冲压缩.实验产生了C波段下时宽1.2ns,带宽3.2GHz的线性调频信号,并通过互逆色散光纤将该信号压缩到了0.09ns,脉冲压缩比达13.3.     

基于LabView的光纤电流互感器一体化测试系统设计

光纤电流互感器日益成为电力系统中最重要的设备,在实用化研究中,光纤电流互感器的检测精度是重要的指标之一,而被测电流的谐波和光纤电流互感器内部的噪声往往影响其测量的准确性。因此对光纤电流互感器谐波的检测以及对其解调算法实用性的验证非常重要。为进一步的谐波治理提供依据及验证解调算法能否有效运用问题,在详细分析现有的谐波检测理论和两种解调算法原理的基础上,设计了一种基于虚拟仪器LabView的光纤电流互感器谐波检测及解调算法测试一体化系统,在快速检测电流各次谐波电平的同时解调出被测电流的信息并对比验证两种解调算法的可行性与优越性,验证结果表明第二种解调算法的精度明显优越于第一种解调算法,更能适用于光纤电流互感器的信号解调。     

一种用于细胞操作的单光纤光镊研究

采用一种抛物线形光纤针作为基本器件,设计制作了单光纤光镊系统.用时域有限差分（Finite Difference Time Domain,FDTD）的方法仿真了抛物线型光纤探针的出射场,并在稳态场下通过对麦克斯韦应力张量积分求出不同介质球半径和折射率情况下,介质球受到的横向和纵向光作用力.实验中此单光纤光镊系统实现了对水中酵母细胞的空间捕获,并且结合两个抛物线形光纤针实现了酵母细胞在两个光势阱中的转移交接.这种单光纤光镊系统结构简单、紧凑,操纵灵活,便于调整.可以适应更多的生物细胞和生物分子的光微操作需求.     

可用于建筑结构检测的分布式光纤形变片

本文在光时域反射计(OTDR)和光纤形变片的基础上,提出了一种分布式光纤传感器-分布式光纤形变片.该检测方法属于OTDR的损耗调制法,即通过测量粘贴于光纤形变片上的光纤弯曲损耗来获取测量点的应变量或位移量.作者分别在微位移架和悬臂梁进行了位移检测和应变检测,结果表明该分布式光纤形变片提供了一种可检测应变量与位移量的检测方法.值得注意的是,该分布式光纤形变片的传感网络采用时分复用的总线拓扑,能在一根光纤上同时检测多个检测点的变化.     

可用于建筑结构检测的分布式光纤形变片

本文在光时域反射计（OTDR）和光纤形片的基础上,提出了一种分布式光纤传感器－分布式光纤形变片,该检测方法属于OTDR的损耗调制法,即通过测量粘贴于光纤形变片上的光纤弯曲损耗来获取测量点的应变量或位移量,作者分别在微位移架和悬臂梁进行了位移检测和应变检测,结果表明该分布式光纤形变片提供了一种可检测应变量与位移量的检测方法,值得注意的是,该分布式光纤形变片的传感网络采用时分复用的总线拓扑,能在一根光纤上同时检测多个检测点的变化。     

基于半导体纳米线和金属脊的混合表面等离子体波导模式特性分析

波长可开关光纤激光器可以选择多波长光纤激光器中的一个或多个波长输出,支持光网络中多个波长的动态分配,适应现代光纤通信系统信道数越来越多的波分复用和密集波分复用的发展方向.本文提出并实现了一种自激发多波长可开关掺铒光纤激光器.该激光器通过一个980 nm泵浦进行抽运,使用掺铒光纤作为增益介质,产生1 550 nm光谱,并通过一个环形结构返回,从而实现自激发的过程,降低了实验成本.实验使用一个含有两段保偏光纤的Sagnac环作为滤波器.通过调整Sagnac环形滤波器内偏振控制器的角度,改变Sagnac环形滤波器的腔内增益,可以让光纤光栅反射出来的波长选择性通过,从而实现波长的开关功能.实验证明,通过调整Sagnac滤波器的腔内增益而让多波长选择性通过,是一种有效的实现波长可开关功能的方法.     

Non-contact detection of laser-generated surface acoustic waves using fiber optic Sagnac interferometer

A high powered Q-switched Nd:YAG laser was used to excite the surface waves, and an optical fiber sensor was used to detect the out-of-plane displacements due to the propagating waves. This sensor is based on the fiber optic Sagnac interferometer, which has the path-matched configuration and does not require active stabilization. Quadrature phase bias between two interfering laser beams in the Sagnac loop is applied by controlling the birefringence in an optical path using a fiber polarization controller. A stable quadrature phase bias can be confirmed by observing the interferometer output according to the change of phase bias. Additional signal processing is not needed for the detection of ultrasonic waves using the Sagnac interferometer. The performance of the fiber optic Sagnac interferometer was investigated, and laser-generated surface wave signals were detected using this fiber optic sensor. The developed fiber optic sensor configured in this study is very simple and is effective for non-contact detection of ultrasonic waves.     

亚微米直径光纤的非线性特性研究

用电磁场的严格解分析了亚微米直径光纤的非线性系数，发现光纤直径在700 nm左右（亚微米量级）非线性系数较大，喇曼阈值较小，喇曼增益谱线较多；受激喇曼散射特性的分析表明，由于直径小，光纤在较小的泵浦光功率作用下能量密度就很大，因此很容易观察到受激喇曼散射.实验结果表明，理论分析与实验结果吻合得很好.     

A data broadband fiber for local access systems

This article focuses on the application of optical fiber technology to meet the needs of local network communication systems. To put the technology in perspective, a brief evolution of fiber optics is provided. The evolution resulted in wide acceptance of fiber optics in telephony applications. Also reviewed is the impact of fiber on local networks, fiber optic components, emerging LAN (local area network) system trends, and the most cost-effective fiber for use in local network applications.     

A data broadband fiber for local access systems

This article focuses on the application of optical fiber technology to meet the needs of local network communication systems. To put the technology in perspective, a brief evolution of fiber optics is provided. The evolution resulted in wide acceptance of fiber optics in telephony applications. Also reviewed is the impact of fiber on local networks, fiber optic components, emerging LAN (local area network) system trends, and the most cost-effective fiber for use in local network applications.