基于光电振荡器的宽带射频下转换及在高清视频传输的应用

以无压缩全高清视频的光载无线传输为背景,通过研究宽带射频光子下转换技术,从而构建全高清视频的实时传输系统,其中下转换系统主要基于光电振荡器实现.由于光电振荡器的注入锁定,光微波信号中的载波信号被提取出来,并反馈至调制器,与宽带光微波信号混频,在光域实现信号下转换.实验论证了载频为10GHz,码率大于2Gb/s的信号下转换和有线无线传输.利用天线和光纤实现了距离为0.5 m的无线分发和距离为10km的有线传输.本文还成功实现了1.5Gb/s无压缩高清视频信号的实时传输.实验结果表明,该系统具有大带宽、抗电磁干扰等优点,同时利用光电振荡器的自动相位跟踪技术,无须外加锁相等操作.整个下转换系统简单稳定,为高清视频的有线无线传输提供了论证和演示平台.     

基于双环混频光电振荡器的可调谐微波频率梳产生

随着无线通信的速率提升和微蜂窝趋势,光载微波技术已经成为重要的发展趋势,而光生多载波系统是光载微波的最重要的技术之一.本文提出了一种基于双环混频光电振荡器（OEO）的可调谐光载微波频率梳产生方案,可同时实现多频段微波信号产生,从而高效低成本地为无线节点提供光生微波载波.方案采用混频双环OEO系统,通过工作在增益开关状态的直调激光器,利用其非线性动态特性产生多频率光载微波频率梳信号,并采用双路微波滤波器分别滤出两个相邻频率的微波信号,并利用二者的差频反馈注入直调激光器构成光电谐振.利用偏振双环结构抑制长谐振腔引起的边模问题,提高了输出信号的噪声特性.经过实验分析,得到了低相噪的多路微波信号,并最终实现了间隔797.4 MHz的稳定的微波频率梳信号,一阶载波相位噪声低于-101.7 dBc/Hz@10 kHz,-115.2 dBc/Hz@50 kHz.因此该方案产生的光载微波频率梳信号具有低噪声的优点,适用于光载微波通信系统.     

光电振荡器产生宽带混沌光的时延特征分析

理论分析与数值研究了光电振荡器输出的混沌激光特性, 基于自相关分析方法, 详细研究了光电振荡器的直流偏置相移和反馈强度等工作参数对输出信号时延信息的影响. 数值研究表明: 增加反馈强度可以使时延信息变得更加微弱甚至消除; 相同条件下, 直流偏置相移对应的工作点越接近马赫-曾德尔调制器传输特性曲线的极值点, 时延信息越弱; 直流偏置相移为0时可以有效地抑制时延信息. 研究还发现, 当直流偏置相移和反馈调制产生的相移变化π/2时, 自相关曲线上对应于延迟时间处的相关系数符号发生变化. 关键词： 宽带混沌激光 延迟时间 光电振荡器     

基于改进光电振荡器结构的超短光帧时钟脉冲提取

研究了一种基于双相位调制器(PM)结构的光电振荡器(OEO)。利用OEO提取的电时钟对外加的连续光进行相位调制,再经过光带通滤波器(OBPF)进行偏移滤波,产生了脉宽为7.6ps的光脉冲。随后进入由相位调制器和单模光纤(SMF)组成的脉冲压缩器进行脉冲压缩,从而得到脉宽很窄的光帧时钟。实验中,成功实现了从4×25Gbit/s信号中同时提取出25GHz的光时钟和电时钟。光时钟的脉冲宽度为3.1ps,占空比为7.75%,时间抖动为135fs(100Hz~10MHz)。电时钟载噪比为61.7dB,时间抖动为118fs(100Hz~10MHz)。     

基于平面光波导谐振腔的可调谐光电振荡器

提出了一种基于平面光波导谐振腔的可调谐光电振荡器.该振荡器中,相位调制器串联光波导谐振腔,取代了传统系统中的强度调制器、长光纤和滤波器.由于光学谐振腔对光子频率和相位敏感,调节激光器改变输出光的波长,不仅可以调制光的强度,还可以对微波光子进行选频输出.当光子在波导腔中发生谐振时,产生很强的延时特性,可以取代传统系统中的长光纤.整个光电振荡器系统体积为长29.5cm、宽21cm、高7cm.实验中,改变0.1pm的光子波长,能够产生步长为12.535.5 MHz的调谐,调谐范围达2 GHz,且系统能够产生10 GHz的微波信号,在中心频率为10 GHz处其相位噪声为-109.7dBc/Hz@10kHz.该研究为光电振荡器的小型化和实用化提供了一种新的思路.     

一种基于串联谐振腔的高性能光电振荡器

提出了一种利用串联谐振腔来抑制光电振荡器边模的方案. 此方案中, 在传统光电振荡器结构中加入无源微波谐振腔结构来提高滤波器的Q值. 分析了该结构的基本原理, 并与传统光电振荡器结构进行对比, 此结构能有效提高边模抑制比. 实验中产生了10 GHz的微波信号, 所测得的边模抑制比达72 dB, 单边带相位噪声为-122 dBc/Hz@10 kHz. 同时, 利用锁相技术, 振荡频率的稳定性得到了很大的改善, 在3 h内漂移小于± 4 Hz. 该方案无需增加有源器件, 保留了传统光电振荡器低相位噪声的优势, 又有效抑制了边模, 为光电振荡器的应用提供了一种新的方法.     

基于光电转换原理测量流体压强的微小变化

设计并制备了一种通过光电转换的方法测量流体压强微小变化的新装置.将被测量的流体压强变化量转化为弹簧的位移量,再通过硅光二极管将弹簧的位移量转变为可测量的电信号.利用胡克定律,光强与距离的关系式,以及硅光二极管的光电响应关系式推导出流体压强微小变化的关系式,通过集成运算放大电路实现装置转换成可视化读数,能满足对流体总压及其微小变化的测量.压强测量的最小精度为6 Pa,满足对流体压强微小变化测量的要求.     

基于多任务管理系统的高清视频处理

提出了一种基于多任务管理系统的高清视频处理技术,具有提升高清视频处理实时性,优化计算资源利用率,降低高清视频处理应用设计难度的特点。首先,介绍了面向异构多核计算环境的多任务管理系统,用于多种类型任务的调度执行及计算资源的负载均衡。在此基础上,设计了一种软件流水线,将对于高清视频的复杂而重复的处理过程分解成多类型的任务,提交至多任务管理系统。最后,对基于多任务管理系统的高清视频处理技术进行了实验验证。结果表明,异构多核环境下,高清视频处理的计算性能提升了3.7倍。     

高性能注入锁相光电振荡器

提出一种基于注入锁定和锁相环技术的注入锁相光电振荡器.利用注入锁定来改善光电振荡器的近载频相噪以及杂散抑制度.将光电振荡器的输出信号与外注入源进行鉴相,通过锁相环来提升频率稳定性,并进一步改善光电振荡器的近载频相噪.实验结果表明:注入锁相光电振荡器在电滤波器中心频率为9.5GHz、3dB带宽为20 MHz和光纤环长度为6km的情况下,实现了输出信号频率为9.5GHz的单模振荡;当注入锁定带宽为1.98kHz时,光电振荡器输出信号在1kHz频偏处的相位噪声为-125dBc/Hz,在10kHz频偏处的相位噪声为-147dBc/Hz,杂散抑制度高于80dB,阿伦偏差接近1.37×10~(-11)@1s和1.22×10~(-11)@1000s.     

双边带载波抑制调制载波信号馈送系统的研究

研究了基于双边带载波抑制调制的高频载波信号馈送系统的传输性能.分析了双边带载波抑制调制的原理,系统输出倍频信号的功率以及载波信号经过馈送系统后相位噪音发生劣化的原因.通过实验测量输入载波信号和输出倍频信号的功率和相位噪音验证了理论分析的正确性.结果表明,系统输出倍频信号的功率为-5.7 dBm,载波信号经过馈送系统后近端相位噪音劣化了6 dB,远端相位噪音劣化了21 dB.     

基于光电负反馈的光注入1550nm垂直腔面发射激光器产生窄线宽微波信号

基于1 550nm垂直腔面发射激光器在平行偏振光注入下呈现的单周期非线性动力学状态,进一步引入光电负反馈,得到了高质量的微波信号.实验研究结果表明:平行偏振光注入下,通过调节注入光的注入强度及频率,1 550nm垂直腔面发射激光器可呈现注入锁定、单周期、倍周期、混沌等多种非线性动力学状态;在合适的注入参量下,平行偏振光注入1 550nm垂直腔面发射激光器可产生光谱具有单边带结构、频率超过10GHz的光子微波信号,但该微波信号的线宽较宽(达MHz量级);进一步引入光电负反馈后,通过选取合适的光电反馈强度,可将该微波信号的线宽减小至一百多kHz(减小两个量级以上);在选择优化的反馈强度条件下,仅通过简单调节注入光强度,可实现窄线宽光子微波信号的频率在一定范围内连续可调谐.     

基于高双折射光子晶体光纤与光纤环的超宽带可调谐微波光子滤波器

提出一种基于高双折射光子晶体光纤与光纤环的超宽带可调谐微波光子滤波器.以多波长光纤激光器作为光源,向高双折射光子晶体光纤内填充温敏液体,通过改变填充温敏液体的温度,高双折射光子晶体光纤可具有不同的双折射,得到不同波长间隔的激光,从而使微波光子滤波器具有不同的自由频谱范围.当温度的变化范围为20~80℃时,仿真测得微波光子滤波器自由频谱的变化范围为2.49~39.9GHz.引入光纤环构建级联型微波光子滤波器,滤波器的主旁瓣抑制比可提高到33.6dB,Q值可达到499,提高了滤波器的频率选择性.     

Continuous-Variable Quantum Key Distribution Based on Heralded Hybrid Linear Amplifier with a Local Local Oscillator

An improved continuous variable quantum key distribution (CVQKD) approach based on a heralded hybrid linear amplifier (HLA) is proposed in this study, which includes an ideal deterministic linear amplifier and a probabilistic noiseless linear amplifier. The CVQKD, which is based on an amplifier, enhances the signal-to-noise ratio and provides for fine control between high gain and strong noise reduction. We focus on the impact of two types of optical amplifiers on system performance: phase sensitive amplifiers (PSA) and phase insensitive amplifiers (PIA). The results indicate that employing amplifiers, local local oscillation-based CVQKD systems can enhance key rates and communication distances. In addition, the PIA-based CVQKD system has a broader application than the PSA-based system.     

基于柯西分布的视频图像序列背景建模和运动目标检测

提出了一种用于视觉监视系统的基于柯西分布的发光模型的光照不变变化检测方法.假定视频图像序列中每个背景图像像素点灰度观测值的时序变化由白噪声引起,利用建立的初始化背景高斯统计模型对每帧图像进行归一化,得到了背景像灰度比值的分布符合标准柯西分布的结论,解决了柯西分布的模型参量估计问题.在变化检测的基础上,YCbCr颜色空间的亮度、色调和饱和度被用来识别和消除由阴影和反光等引起的变化区域.结果表明,提出的背景建模方法对场景中各种光线变化、小的背景扰动等噪声具有稳健性,可以较为可靠地检测前景目标,识别和去除阴影和反光.