光纤光栅多传感器复用的成象光谱技术

本文根据光纤光栅多传感器复用时信号的光谱特征,提出了采用成象光谱技术对复用信号进行解调的方案.文章推导分析了该复用方案的有关参量及特性,并进行了验证实验,获得了与计算结果吻合的实验结果.     

基于探测信号叠加的推扫式压缩多光谱关联成像

针对推扫模式下多光谱关联成像重构图像模糊、信噪比低问题,提出了一种利用探测信号叠加提高重构图像信噪比的多光谱关联成像方案.该方案基于稀疏约束关联成像光谱相机实验系统,通过单次曝光获得一帧探测信号,对前后帧连续探测信号进行错位叠加,计算出系统总探测矩阵,结合标定测量矩阵,采用压缩感知算法得到待测目标物体重构图像.数值模拟和实验结果表明:适当延迟曝光时间可以提高系统重构图像质量;相同曝光时间条件下,利用探测信号错位叠加的推扫10帧重构图像信噪比明显高于单帧多光谱重构图像.     

干涉成像光谱技术的新发展

干涉成像光谱技术在航天遥感、资源普查和大气监测等方面有着重要作用。介绍了近几年出现的空间调制干涉成像光谱技术的原理、特点、具有代表性的方案及国外的发展现状，并和以往的成像光谱技术进行了比较，由于这种成像光谱仪没有运动部件并具有实时、稳定、高通量等优点，因此成为成像光谱技术的一个发展方向，具有非常广阔的发展前景。给出了我们的实验结果。     

基于Optisystem的单模光纤WDM系统性能仿真

利用Optisystem实现了单模光纤波分复用(WDM)通信系统。在发送端,产生了四路复用的WDM信号,信道采用单模光纤及光放大器,接收端采用光电二极管。利用光谱显示模块显示了关键节点的光谱,利用眼图模块显示了接收端恢复的电信号的眼图。实验表明,建立的单模光纤通信系统具有良好的可靠性,Optisystem非常适合光纤通信系统课程实验。     

静态傅里叶变换超光谱全偏振成像技术

光谱偏振成像技术是成像光谱技术与偏振成像技术的有机融合, 是当前空间光学遥感技术研究的热点和前沿. 针对目前光谱偏振成像技术受测量原理、探测模式的限制, 普遍需要运动、电控调制等部件, 导致体积大, 结构复杂, 加工装调困难, 抗振能力差等问题, 我们于2010年在国际上首先提出了一种多信息融合的静态傅里叶变换超光谱全偏振成像方法. 本文在此基础上, 阐述了新方法的基本原理, 给出了具体实现方案. 新方案无需运动、电控调制部件, 可实现目标图像、光谱、全偏振信息的一体获取. 推导出了新方案的调制干涉强度数据表达式及Stokes矢量解调公式, 分析了新方法实现光谱、全偏振探测的物理过程. 对新方案进行了计算机数值模拟验证, 研制了原理验证样机开展了室内、室外验证实验, 首次获得了室外推扫光谱图像数据立方体和全色全偏振度图像, 模拟及实验结果均表明新方案原理正确, 技术可行. 上述研究为新型空间遥感器的开发提供了基础理论及实践支持. 关键词： 成像光谱 偏振成像 Stokes矢量     

基于二次成像的像面干涉高光谱成像方法

像面干涉高光谱成像技术主要应用于遥感成像领域,为了实现不同距离目标的光谱成像探测,提出了一种基于二次成像的像面干涉高光谱成像方法。通过在无限远成像系统中加入前端成像物镜、中继准直物镜和横向剪切分束器,构建一个二次成像的干涉系统。通过采用分离式的前端成像物镜方案,选用变焦镜头或不同焦距的定焦镜头,有效地兼顾远、近距离目标的成像光谱探测。对该方法的成像系统、光谱分辨率和推扫方式等方面进行了分析,进一步搭建了实验装置,对室内近场目标和室外远场目标进行了成像实验,并对生物组织进行了显微光谱干涉成像实验。实验结果表明,该成像方法能够有效用于不同距离目标的高光谱成像探测。     

光纤法珀应变传感器串并联混合复用的离散腔长变换解调研究

光纤法珀传感器复用的输出信号复杂,解调相当困难.为实现其串并联混合结构复用,根据光纤法珀应变传感器的双光干涉原理,阐述了传感器串并联混合复用的输出信号特征,分析了信号中各项成分对离散腔长变换方法解调结果的影响,并进行了计算机仿真.最后搭建实验平台,进行了四个传感器串并联混合复用的实验研究,证明该方案可行,解调准确度1 μm.     

大孔径静态干涉光谱仪图像压缩技术

从图像压缩的角度分析了大孔径静态干涉成像光谱仪成像原理，并提出了一种新的遥感多光谱图像压缩方案。新方案利用大孔径静态干涉成像光谱仪推扫成像特点提出了一种低存储量，帧间小波域匹配的图像序列压缩方法，提高图像质量3～4dB。为了保证图像的光谱信息在8倍压缩比下有效应用，系统采用了一种新的感兴趣区域(ROD编码技术。感兴趣区域编码时，由于方案中采用率失真优化斜率提升，而不是比特平面移位，从而使图像在相同的光谱分辨率下拥有更好的空间分辨率。实验结果表明，算法大大保护了图像的光谱特性，在8倍压缩比下，满足了该类干涉多光谱遥感图像的质量要求。     

基于衍射理论的哈达玛编码光谱成像数据重构

哈达玛变换光谱成像技术是一种在不牺牲分辨率的情况下,通过多通道复用的方法增加光学系统光通量,使得系统信噪比显著高于传统成像的新型计算光谱成像技术.本文针对系统成像过程中数字微镜器件衍射造成的图像降质问题,建立了基于标量衍射理论的哈达玛编码光谱成像图谱数据退化模型,提出以Lucy-Richardson (L-R)算法为核心的重构数据修正算法,提高重构数据立方体的图像质量和光谱精度.通过对成像过程的模拟和重构算法的仿真实验,数字化生成了系统成像衍射降质的物理过程,并验证了本文所采用修正方法的有效性.经过L-R修正之后的复原数据立方体的光谱角距离评价结果为0.1296,图像相似度评价因子优于0.85,相比修正前的重构数据质量有较大提升,表明算法对哈达玛编码光谱成像数据的重构及修正具有较好的效果.     

波分复用全光通信网中的放大自发辐射噪声积累效应研究

给出了一种全光通信网波长域计算机模拟方法，模拟了波分复用信号经过３个光分插复用节点后的信号及放大自发辐射积累的光谱图，并与实验结果进行了对比。计算了波分复用信号经过５０个光分插复用节点极限情况下的信噪比，结果表明放大自发辐射噪声积累造成的信噪比下降仍然可以保证接收机在１０Ｇｂ／ｓ时的误码率小于１０＾－９。这些结果可以被应用到未来国家或地区级全光通信网中。     

光时分复用系统中单路时钟的提取

提出利用复用信号的时候不均匀性,采用主动光纤锁模激光器,直接从复用后的信号中提取出复用前的时钟光脉冲。考虑到电的时分复用与光的时分复用在机理上的一致性,故初步复用时分复用信号进行实验,成功地从时分复用信号中得到了复用前的时钟光脉冲。此处电的时分复用所得的结论适用于光的时分复用。     

基于数字相干叠加的相干光正交频分复用系统中光纤非线性容忍性研究

光正交频分复用系统中的光纤非线性效应制约着系统进一步的扩容. 针对此问题, 提出一种数字相干叠加的方法, 用于提高相干光正交频分复用系统对光纤非线性的容忍性. 仿真中, 5通道的波分复用下偏振复用相干光正交频分复用系统的每个通道传输四进制正交振幅调制映射的71.53 Gbit/s信号在光纤中传输400 km. 首先, 通道间隔为25 GHz, 与传统相干光正交频分复用系统相比, 色散补偿前后, 使用数字相干叠加的相干光正交频分复用系统的信噪比分别提升了6.02 dB和9.05 dB, 最佳入纤光功率均增大了2 dB; 其次, 通道间隔为50 GHz, 色散补偿前后, 信噪比分别提升了4.9 dB和8.75 dB. 通过理论推导及仿真, 验证了所提方法能有效消除相干光正交频分复用系统的一阶非线性失真, 进而提高系统对光纤非线性的容忍性.     

Statistical physics inspired energy-efficient coded-modulation for optical communications

Because Shannon's entropy can be obtained by Stirling's approximation of thermodynamics entropy, the statistical physics energy minimization methods are directly applicable to the signal constellation design. We demonstrate that statistical physics inspired energy-efficient (EE) signal constellation designs, in combination with large-girth low-density parity-check (LDPC) codes, significantly outperform conventional LDPC-coded polarization-division multiplexed quadrature amplitude modulation schemes. We also describe an EE signal constellation design algorithm. Finally, we propose the discrete-time implementation of D-dimensional transceiver and corresponding EE polarization-division multiplexed system.     

Fiber-Optical Parametric Amplification of Sub-Picosecond Pulses for High-Speed Optical Communications

Abstract

This article reviews recent results of amplification of short optical pulses using fiber-optical parametric amplifiers. This includes chirped-pulse amplification of 400 fs pulses, error-free amplification of a 640-Gbit/s optical time-division multiplexed signal with less than a 1-dB power penalty, and all-optical phase-preserving amplitude regeneration of a 640-Gbit/s return-to-zero differential phase-shift keying optical time-division multiplexed signal.     

光纤法布里-珀罗传感器串连复用的傅里叶变换解调方法初探

光纤法布里—珀罗传感器复用、特别是串连复用的解调十分困难。为解决这个问题,从光纤法布里—珀罗应变传感器的基本原理出发、在仅有两只传感器复用的基本条件下,深人分析了复用系统组合输出光强信号及其分布特性;研究了对其进行傅里叶变换的解调原理及具体实现方法,分析了因复用信号不满足傅里叶变换条件而在变换域产生的畸变,进行了计算机仿真解调。在此基础上,搭建了两只传感器的串连复用实验系统,并用此方法实现了两只复用传感器的解调,且传感器之间的相互影响小于5％。理论与实验表明,虽然传感器的复用信号不满足傅里叶变换的标准条件,且仿真与实验存在一定差异,但所提出的傅里叶变换方法,基本可用于光纤法布里—珀罗传感器的串连复用解调。     

Modulation Frequency Multiplexed Tunable Diode Laser Spectroscopy System for Simultaneous CO, CO2 Measurements

A modulation frequency multiplexed dual diode-laser system is developed for simultaneous detection of the two most common fire gas products CO and CO2. Simultaneous detection is achieved by modulating each laser at different frequencies, demodulating the signal by a pair of lock-in amplifiers for each gas. Laser beams are combined and detected by one detector after passing through an identical optical path. The experimental results show little performance degradation associated with modulation frequency multiplexing, and no cross-talk between the two multiplexed detection channels is measured.     

Simultaneous multichannel NRZ-to-RZ format conversion of 4-ASK signal based on phase-intensity hybrid modulation and dispersion compensation fiber

We propose and investigate a novel technique to realize non-return-to-zero （NRZ） to return-to-zero （RZ） format conversion of a multichannel 4-ary amplitude shift keying （4-ASK） signal. The proposed format converter composed of two modulators and a dispersion compensating fiber （DCF） is theoretically inves-tigated using numerical simulation as basis. Research shows that a 4-channel 20-Gb/s NRZ-4-ASK signal can be converted to a RZ-4-ASK signal simultaneously without wavelength shifting and signal quality degradation, with the converted signal multiplexed to 40 Gb/s.     

Multiplexing technique using amplitude-modulated chirped fiber Bragg gratings

We propose a new multiplexing technique using amplitude-modulated chirped fiber Bragg gratings that have an identical center Bragg wavelength. Each grating is inscribed with a unique amplitude modulation that allows them to be multiplexed with complete overlapping within a certain bandwidth. To demodulate the multiplexed signal, the discrete wavelet transform is employed. Concurrently, a wavelet denoising technique is used to reduce the noise. This proposed multiplexing technique has been verified through strain measurements. Experimental results showed that for strains applied up to 1250 microepsilon the absolute error and cross-talk are within +/-20 microepsilon and 16 microepsilon, respectively. A strain resolution of 4 microepsilon is obtained.     

Experimental implementation of multiplexing/demultiplexing in digital images using virtual phase conjugation for holographic data storage

We experimentally implemented and proved the concept of multiplexing and demultiplexing in digital images using virtual phase conjugation, which was proposed in our previous study. In the experiment, we concluded that two digital images multiplexed in a single signal beam are recorded in a holographic medium, and these images are independently and successfully reproduced. In this method, the digital images are multiplexed by superimposing them on a complex amplitude, and not using volume hologram’s multiplexing. Thus, the exposure amount in the holographic medium is constant regardless of the number of multiplexing of digital images, and the method has great potential for achieving high recording density.     

Four-wave mixing: Photon statistics and the impact on a co-propagating quantum signal

We reconstruct the photon statistics of a single-photon source based on the stimulated four-wave mixing (FWM) process. We find that the statistics of the source goes from thermal, at a low power regime, to Poissonian, at a high power regime. We also study the impact of the FWM process on a co-propagating coherent quantum signal in a wavelength-division multiplexed (WDM) lightwave system. The statistics of the quantum signal changes from Poissonian to thermal when a low power is used, and remains Poissonian for a higher power. A multithermal regime is also observed when a moderate power is used.