干涉型光纤水听器伪工作点控制检测方法

提出了一种用于干涉型光纤水听器信号检测的伪工作点控制方法.为了验证该方法的可行性,搭建了干涉型光纤水听器声压灵敏度测量系统,编写了实时信号采集和处理程序,对某一光纤水听器进行了测量.在频带20 Hz~2.5 kHz上,该光纤水听器的声压灵敏度为－156.5 dB(0 dB=1 rad/μPa),频响波动<±0.8 dB,与采用PGC调制解调方法测量的结果基本一致.由于传感部分不含有源器件,该方法实现了无源检测.另外,它还具有解调算法简单、检测频带宽等优点.     

改进的MPPM-QPSK光通信系统两模均衡算法

多脉冲位置调制联合正交相移键控(MPPM QPSK)在接收机灵敏度方面具有明显优势,均衡算法可以有效优化数字相干光通信系统中信号带宽受限和码间串扰带来的影响,提高信号的传输质量.针对恒模算法仅能优化MPPM-QPSK中QPSK部分的问题,对两模均衡算法的内圈参考模值进行改进,提出了一种内圈模值不为0的两模均衡算法.将该算法应用到10 Gbit/s单载波高斯成形和Nyquist成形的MPPM-QPSK相干光通信系统中,并对其内圈模值、抽头数和步长等参数进行优化.实验结果表明,相比使用传统两模算法的系统,本系统的接收机灵敏度优化了约0.1dB.当脉冲数m=2,4,8,16时,相比不加均衡算法的系统,本系统的接收机灵敏度分别优化了0.9 dB,0.6 dB,0.5 dB,0.4 dB.     

干涉型光纤水听器相位载波调制-解调中信号混叠产生的机理及解决方案

信号混叠是制约基于相位载波调制-解调的光纤水听器系统走向应用的一个关键问题。对信号混叠产生的机理进行了详细的理论分析和仿真,结果表明,提高光源调制频率和降低探头灵敏度都无法有效解决光纤水听器实际应用中遇到的高频干扰引起的混叠问题。基于声学滤波器原理,提出了一种新颖的声低通滤波解决方案。设计并加工制作了一种简单的声低通滤波光纤水听器,在驻波罐中对其声压灵敏度频响进行了测量。实验结果表明,该光纤水听器在测量频带上具有较好的声低通滤波特性,低频声压灵敏度约为-140 dB(0 dB=1 rad/μPa),高频衰减大于20 dB,对高频干扰有较强的抑制能力。该方案十分简单经济,能从根本上有效地解决相位载波调制-解调中的信号混叠问题。     

基于无芯光纤强度调制型液位传感器的设计与性能

利用强度调制型光纤传感器容易解调的优势,提出了一种强度调制型光纤液位传感器.传感器由三根无芯光纤组成,其中,无芯光纤1与无芯光纤2串联构成测量臂,无芯光纤3构成参考臂.仿真分析得出,无芯光纤长度每缩短1mm,透射峰波长增加25.46nm.在0~50mm小液位范围内,实验测得传感器在水、5%NaCl、10%NaCl和15%NaCl水溶液四种液体环境中的液位灵敏度分别为0.069 5dB/mm、0.074 73dB/mm、0.077 49dB/mm及0.082 71dB/mm,线性度分别为0.998 25、0.998 49、0.988 11及0.995 13,线性度较高.该传感器可较好地消除光源光功率波动与环境温度变化带来的影响,重复性较好,在石油化工领域有一定的应用潜力.     

塑料光纤相位调制灵敏度的研究

研究了压电涂层PMMA纤芯塑料光纤中的相位调制.射频信号通过对光纤外层的压电涂层作用,使纤芯中产生应变,从而对光纤中的光信号进行相位调制.数值计算结果表明,与传统的石英光纤相比,PMMA塑料光纤的相位调制的灵敏度要高数十倍以上.     

基于RS码及网格编码调制技术的60 GHz OFDM-RoF系统

分析了60 GHz正交频分复用技术光纤无线通信系统中的子载波互拍及频率选择性衰落.提出利用里德-所罗门码级联网格编码调制技术结合符号交织来降低两者对系统性能的不良影响.采用符号交织来分散正交频分复用中子载波上的误码,然后通过高码率的里德-所罗门码级联实用的网格编码调制技术来纠正比特错误.仿真结果表明:经过符号交织后,误码在子载波上的分布变得较均匀,有利于纠错|2.5 Gb/s正交频分复用信号采用RS-PTCM-64QAM方案比采用未编码的16QAM调制提高了5 dB左右的接收机灵敏度.     

不同相位调制波形对背向散射噪声的抑制

谐振式光纤陀螺系统中,背向散射噪声成为制约其系统精度的重要因素之一.对陀螺双路系统其中一路光波信号进行研究,利用相位调制频谱展开及光场叠加的方法,对光纤环形谐振腔输出光场进行理论分析.理论上载波分量的出现会在系统中引入背向散射噪声,因此仿真分析引入载波分量的幅度,得到采用三角波调制比正弦波更有利于抑制载波分量.以抑制载波分量为目标,搭建自外差载波抑制测试平台,对相位调制器施加三角波与正弦波两种波形调制,得到采用三角波调制时载波抑制比最高可达64.3dB,比正弦波调制时高出6dB,与理论分析相符;在陀螺系统应用中,采用三角波调制时陀螺输出信号载波抑制程度更大,波动更小,更加稳定.     

基于石墨烯的宽带全光空间调制器

提出了单层石墨烯包裹微纳光纤的全光空间调制.石墨烯作为可饱和吸收体包裹在通过二氧化碳激光器加热制备的微纳光纤上,当信号光沿着微纳光纤传输时部分光将以倏逝场的形式沿着微纳光纤表面传递,并与石墨烯产生作用被吸收.同时将波长为808 nm的抽运光从空间垂直入射到石墨烯包裹的微纳光纤处,依据石墨烯的优先吸收特性,通过抽运光控制石墨烯对信号光的吸收,实现了宽带全光空间调制.在1095 nm波长处获得最大调制深度约为6 dB,调制带宽约为50 nm,调制速率约为1.5 kHz.空间全光调制器具有输出信号光“干净”的特点.与传统石墨烯微纳光纤全光调制器相比,输出端不需要对抽运光进行光学滤波而直接获得已调信号.该复合波导全光空间调制器以更为灵活、高效的方式打开了微纳超快信号处理的大门.     

基于光频调节的干涉型光纤水听器相位补偿检测方法

提出了一种基于光源频率调节的干涉型光纤水听器主动相位补偿的信号检测方法。详细介绍了该方法的基本检测原理,对信号解调误差进行了理论分析与仿真。为了验证该方法的可行性,搭建了实验系统,并编写了实时的信号采集、处理程序,对某一干涉型光纤水听器的声压灵敏度进行了测试。在频带20 Hz-1.3 kHz上,平均声压灵敏度为-162.2 dB(0 dB=1 rad/μPa),波动小于±0.8 dB,与采用相位载波调制解调方法测量的结果基本吻合。实验结果证明该方法是有效的。由于传感部分不含有源器件,便于实现全光纤化,且解调算法简单、检测频带宽,该方法能被广泛应用到各种干涉型光纤传感器的信号检测当中。     

光纤光栅外腔半导体激光器的高频调制特性

报道了光纤光栅外腔激光器瞬态特性的理论分析,引入了一个适用于外腔情况的等效光子寿命,模拟计算表明,要获得高于2．5GHz的调制速率,光纤光栅外腔的长度必须短于4cm范围,对所研制的光纤光栅外腔激光器进行了高频调制测量,得到了在1GHz下的单模激光输出,边模抑制比在40dB以上,3dB动态线宽为0．1nm左右,20dB动态线宽为0．3nm。     

基于单光子探测及脉冲位置调制的激光通信关键技术研究

为了实现高灵敏度的空间激光通信,并提高传输信道的抗干扰能力,将单光子探测技术和脉冲位置调制技术相结合,采用门控电路与反馈淬灭电路相结合的方式淬灭单光子探测器雪崩,设计了插入帧头法用于脉冲位置调制解调。用现场可编程门阵列进行了脉冲位置调制解调过程的仿真,验证了插入帧头法的有效性与可行性。在此基础上搭建了1 550 nm的脉冲位置调制激光通信实验,同时测试了单光子探测器在不同参数下的性能。结果表明,当探测效率为25%,触发延时为8.00 ns,门宽为5.0 ns,死时间为0.1μs时,单光子探测器性能最佳。最后测试了不同调制速率下单光子探测器的探测灵敏度,结果表明,当通信码速率为1 Mbps时,通信灵敏度为-51.8 dBm;当通信码速率为4 Mbps时,通信灵敏度为-41.0 dBm,实现了高灵敏度的空间激光通信。     

大气激光通信中的多层空间脉冲位置幅度调制

针对现有光空间脉冲位置调制频谱效率低、激光器利用率不高等问题,将分层技术与空间脉冲位置幅度调制相结合,提出了一种适合于大气激光通信的多层空间脉冲位置幅度调制方案.通过额外增加少量几个激光器构成多层结构,并通过脉冲位置幅度调制中的脉冲位置携带比特信息,不同层通过脉冲幅度得到区分.介绍了系统中层映射、空间脉冲位置幅度映射及其逆映射的原理,并推导出该方案的误码率表达式.利用蒙特卡洛仿真方法进一步验证了该方案的正确性,并与传统空间调制系统的性能进行了对比.结果表明:与传统光空间调制系统相比,所提方案提高了系统的频谱效率,且所用激光器数目更少.在传输比特相同的条件下,相对于(32,4,128)-空间脉冲位置调制系统,(9,4,8,2)-多层空间脉冲位置幅度调制系统的频谱效率提高了16倍,当误码率为10-3时,其信噪比改善了约1dB,且所用激光器数目不到前者的1/3.其中,括号中的参数分别表示激光器数目、探测器数目、采用调制方式的阶数及层数,层数为1时忽略.     

Quinary excitation method for pulse compression ultrasound measurements

A novel switched excitation method for linear frequency modulated excitation of ultrasonic transducers in pulse compression systems is presented that is simple to realise, yet provides reduced signal sidelobes at the output of the matched filter compared to bipolar pseudo-chirp excitation. Pulse compression signal sidelobes are reduced through the use of simple amplitude tapering at the beginning and end of the excitation duration. Amplitude tapering using switched excitation is realised through the use of intermediate voltage switching levels, half that of the main excitation voltages. In total five excitation voltages are used creating a quinary excitation system. The absence of analogue signal generation and power amplifiers renders the excitation method attractive for applications with requirements such as a high channel count or low cost per channel. A systematic study of switched linear frequency modulated excitation methods with simulated and laboratory based experimental verification is presented for 2.25 MHz non-destructive testing immersion transducers. The signal to sidelobe noise level of compressed waveforms generated using quinary and bipolar pseudo-chirp excitation are investigated for transmission through a 0.5 m water and kaolin slurry channel. Quinary linear frequency modulated excitation consistently reduces signal sidelobe power compared to bipolar excitation methods. Experimental results for transmission between two 2.25 MHz transducers separated by a 0.5 m channel of water and 5% kaolin suspension shows improvements in signal to sidelobe noise power in the order of 7–8 dB. The reported quinary switched method for linear frequency modulated excitation provides improved performance compared to pseudo-chirp excitation without the need for high performance excitation amplifiers.     

瑞利布里渊光时域分析系统中电光调制器的理论模型与实验研究

瑞利布里渊光时域分析系统能够以非破坏性方式实现单光源、单端工作,利用强度型电光调制器同时调制脉冲基底和脉冲信号是获得该系统所需连续光和脉冲光的关键技术.本文理论分析、仿真和实验研究了一种将脉冲信号输入到电光调制器偏置端、微波信号输入到电光调制器射频端同时调制脉冲基底和脉冲信号的新调制方法,探讨了电光调制器用于瑞利布里渊光时域分析系统时的最佳工作点问题.结果表明,当调制脉冲基底和脉冲时分别将电光调制器偏置在传输曲线的谷点和峰点,并根据实际系统的组成和性能指标要求选择合适的微波调制信号幅度,可获得满足瑞利布里渊光时域分析系统要求的连续光和脉冲光.本文的研究结果为瑞利布里渊光时域分析系统的最佳化设计提供了理论依据.     

瑞利布里渊光时域分析系统中电光调制器的理论模型与实验研究

瑞利布里渊光时域分析系统能够以非破坏性方式实现单光源、单端工作,利用强度型电光调制器同时调制脉冲基底和脉冲信号是获得该系统所需连续光和脉冲光的关键技术.本文理论分析、仿真和实验研究了一种将脉冲信号输入到电光调制器偏置端、微波信号输入到电光调制器射频端同时调制脉冲基底和脉冲信号的新调制方法,探讨了电光调制器用于瑞利布里渊光时域分析系统时的最佳工作点问题.结果表明,当调制脉冲基底和脉冲时分别将电光调制器偏置在传输曲线的谷点和峰点,并根据实际系统的组成和性能指标要求选择合适的微波调制信号幅度,可获得满足瑞利布里渊光时域分析系统要求的连续光和脉冲光.本文的研究结果为瑞利布里渊光时域分析系统的最佳化设计提供了理论依据.     

多调制方式下的强度叠加编码多发多收大气光通信系统性能分析

对开关键控(OOK)、脉冲位置调制(PPM)、差分脉冲位置调制(DPPM)和数字脉冲间隔调制(DPIM)下强度叠加编码多发多收(MIMO)光通信系统的性能进行了比较分析。研究表明:随着调制阶数的提高,后三种调制在平均发射功率需求方面较OOK调制有很大优势,但是相应的传输容量却有所下降。在差错性能方面,OOK调制在接收功率较低时误包率相对其它三种调制要小,当接收功率提高到一定程度时,PPM,DPPM和DPIM调制相对OOK调制均体现出了3～10dB的误包率优势。     

Impact of a Post-OTDM-Demultiplexing Optical Filter on Dense OOK OTDM-WDM Transmission

The impact of a post-OTDM-demultiplexing optical filter on the performance of dense on-off keying (OOK) optical time division multiplexing (OTDM)—wavelength division multiplexing (WDM) systems was studied. For return-to-zero (RZ) modulation, it was found that the additional filter working in a double-tier filter configuration did not offer any significant improvements to performance when the signal pulse width is optimized. Improvements generally increase only when the signal pulse width deviates from its optimal value and only for low spectral densities. For ideal non-return-to-zero (NRZ) modulation, however, significant improvements of around 1 dB are obtained using the double-tier configuration over a large range of spectral densities.     

Coded excitation for ultrasound tissue harmonic imaging

Coded excitation can improve the signal-to-noise ratio (SNR) in ultrasound tissue harmonic imaging (THI). However, it could suffer from the increased sidelobe artifact caused by incomplete pulse compression due to the spectral overlap between the fundamental and harmonic components of ultrasound signal after nonlinear propagation in tissues. In this paper, three coded tissue harmonic imaging (CTHI) techniques based on bandpass filtering, power modulation and pulse inversion (i.e., CTHI-BF, CTHI-PM, and CTHI-PI) were evaluated by measuring the peak range sidelobe level (PRSL) with varying frequency bandwidths. From simulation and in vitro studies, the CTHI-PI outperforms the CTHI-BF and CTHI-PM methods in terms of the PRSL, e.g., −43.5 dB vs. −24.8 dB and −23.0 dB, respectively.     

紫外光通信调制方式的对比研究

分析了启闭键控调制(OOK)、脉冲位置调制(PPM)、差分脉冲位置调制(DPPM)和数字脉冲间隔调制(DPIM)的编码结构,然后从带宽需求、平均发射功率、传输容量和差错性能等方面对各种调制方式进行了仿真对比。结果表明,DPIM调制比PPM具有更高的传输容量和更少的带宽需求,并且解调对同步要求较低,实现更简易,并结合紫外LED阵列将作为今后实用化紫外光源的发展趋势,DPIM调制在未来紫外光通信系统的应用中将具有更大的优势。     

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.