混沌激光的产生与应用

激光器的不稳定性是一个普遍现象.而混沌是激光器不稳定性的一个重要特例.混沌激光作为激光器输出的一种特殊形式,具有类噪声宽频谱的特性.近年来,基于混沌激光的一些应用技术相继被提出与完善.本文结合国内外研究现状,简要介绍了利用半导体激光器产生混沌激光,以及混沌激光在保密光通信、激光测距、光纤断点检测、对激光相干长度任意调控等方面的应用与研究进展.     

宽带混沌光的WDM-PON断点高精度检测系统设计

针对WDM-PON断点检测中亟需解决的支路多、节点密问题,为实现高精度定位各支路的断点提出了一种基于宽带混沌光激光器的检测方法。在分析宽带混沌源的特性的基础上,进行了初步的仿真实验,结果表明该方法可以高精度定位WDM-PON支路中断点的位置,空间分辨率达到7cm且与探测距离无关。     

一种新型的抗干扰高精度混沌激光雷达

提出并研究了一种新型的具有天然抗干扰能力的,高精度混沌激光雷达.此激光雷达基于光反馈半导体激光器的连续波混沌激光的相关特性探测目标距离.数值分析了混沌状态和相关时间对混沌激光δ线型相关曲线特性的影响,表明高维、频谱平滑的混沌激光是理想的雷达光信号.实验验证了基于光反馈半导体激光器的混沌激光雷达测距及其高抗干扰能力,并获得了与测量距离无关且优于9 cm的测量分辨率.     

单跨光纤长距离混沌激光保真传输实验研究

混沌激光在载波通信、密钥分发等信息安全传输领域具有巨大的应用潜力,但放大器自发辐射噪声、光纤色散以及非线性效应会降低混沌信号的保真度,进而限制单跨光纤混沌同步的距离。本文通过研究滤波器线宽、光纤色散补偿偏差以及混沌入纤功率对混沌激光传输保真度的影响,探明了单跨光纤混沌同步的极限距离,并在实验中实现了200 km单跨光纤中保真度为0.9214的混沌信号传输。以此信号为驱动,获得了同步系数为0.9043的共驱混沌同步,为长距离混沌载波通信与密钥分发的实现提供了基础。     

放大自发辐射光源结合相关法实现无源光网络故障检测

提出了一种基于掺铒光纤放大自发辐射(ASE)光源实现波分复用无源光网络(WDM-PON)故障检测的技术。WDM-PON因其具有节点密、支路多的结构特点导致光纤链路中故障检测困难,该技术利用双程后向结构掺铒光纤ASE光源光谱的宽带特性和具有delta相关特性的时域输出,结合相关法实现分辨率为厘米量级的WDMPON光纤链路故障点定位。以8通道WDM-PON为例进行检测,结果表明该方法能够精确定位光网络中断点及松动接头的位置,并实现多故障反射事件检测。实验中获得动态范围为23dB,分辨率达到4cm,测量精度与测量距离无关。基于ASE光源的宽带特性,该技术至少可完成对32路的WDM-PON故障检测。     

基于布尔电路直接调制的混沌光时域反射仪

研制了一种基于布尔混沌直接调制激光器的混沌光 时域反射仪(COTDR),用 于实现光纤故障的高精度诊断。仪器利用布尔混沌作为调制信号,经驱动电路直接调制分布 反馈(DFB)激光器输出混 沌激光;混沌光经光纤耦合器分为两路,一路作参考光,另一路作探测光,注入到被测 光纤中,由故 障点反射的回波信号与参考光经光电转换后进行同步采样。最后对两组采样数据进行互相关 处理,根据相 关峰值判断故障点位置。实验结果表明,本文的COTDR能够检测到光纤的不匹配连接点和断 点等反射事件,并在 98km测量范围内可实现与距离无关的24cm空 间分辨率 。本文的COTDR结构简单、成本低,易于实现集成化和产品化,符合工程应用的实际需求。     

高功率密度光纤性能测试系统设计

针对高功率密度运转下的光纤激光对其适用的光纤器件的许多特殊要求,设计了高功率密度下光纤性能的测试系统。综合比较论证了截断法、插入损耗法、后向散射法三种测试方法。基于插入损耗法设计了双光路光纤测量系统,通过双光路同时测量被测光纤和参考光纤的插入损耗,利用参考光纤光路监控校准输入信号光功率,提高测量精度。对系统的测试方法和测量参量理论上进行了推导和说明,分析了系统的传输效率,设计测量精度可达到插入损耗不大于0.5 dB,回波损耗不小于50 dB。     

激光耦合同步及其在光纤混沌保密通信中的应用

本文建立了光纤混沌保密通信耦合同步系统模型,实现了外部光注入分布反馈半导体激光器激光混沌在长距离光纤传输中的耦合同步,证明了光纤的交叉相位调制是限制激光混沌在光纤传输中同步的主要原因,导出了这种传输的极限.该同步系统在长距离光纤混沌模拟和数字保密通信中的数值模拟表明,该系统确有较高的保密性能和反破译能力.光纤混沌保密通信是可以实现的.     

高功率密度光纤激光元器件传输特性测试系统

为了提高高功率密度下光纤激光元器件传输特性测量精度,采用基于光纤标准测试方法的双光路测量结构,设计了自动光功率比测量系统。对双光路系统的特点进行了理论分析和实验验证。利用固体微晶片激光器作为光源输出,建立了折射率匹配法传输特性测试仪实验装置,对掺镱双包层光纤的传输损耗特性进行了测量。实验中测得35m长掺镱双包层光纤对1064nm光的插入损耗为2.645dB,测得100组数据对应的标准偏差为0.026dB。并在不同的条件下进行了多次重复实验,重复测量误差不超过0.07dB。这一结果对于提高光纤激光元器件测试精度是有帮助的。     

光通信网络中的光纤断点监测与定位算法研究

光纤断点监测与定位算法是光通信网络中的一种重要技术。随着信息时代的发展，光通信网络已经成为现代通信领域的主要形式之一。光纤传输具有高速率、大带宽、低能耗等优势，是实现快速、稳定、安全通信的首选技术。然而，在光通信网络中，由于光纤距离较长、外界环境的干扰等，可能会出现光纤断点。光纤断点监测与定位算法的出现，可有效解决光纤断点问题，提高网络的稳定性和可靠性。通过对光纤断点进行实时监测和准确定位，可以及时发现并解决网络故障，保障通信的畅通性。     

微流控光脉冲调制器

为了解决常见光调制器偏振依赖或结构复杂的问题,本文基于微流控光学提出一种可控光脉冲调制器。利用基于T形结产生的离散液滴和全反射原理的微流控光开关,将连续光变换成数字脉冲信号,并通过调节液滴的长度和生成速率调制光脉冲的宽度和频率。所提微流控光脉冲调制器具有结构简单、插入损耗低、消光比高、易集成的优点。微流控光脉冲调制器的流场与光场特性被分析,结构被优化。研究结果显示：该光脉冲调制器的消光比为17.74 dB,插入损耗为0.49 dB。     

全光纤热光型可变光衰减器

根据光纤包层中的倏逝场机制,将具有热光效应的聚合物材料直接覆盖在侧边抛磨光纤上,进行了全光纤热光型可变光衰减器(VOA)的研究.根据理论分析,确定了在侧边抛磨光纤的抛磨区上覆盖材料的折射率与纤芯中光衰减量之间的关系,为选择适当折射率的热光材料提供依据.设计适当的侧边抛磨区,利用先进的轮式侧边抛磨技术,制备了侧边抛磨光纤,以达到最佳可变光衰减效果.采用螺绕电极和优化封装,制作出性能优良的全光纤热光型可变光衰减器.性能测试表明,器件插入损耗小于0.1 dB,衰减范围为0~80 dB,偏振相关损耗小于0.02 dB,背向反射大于70 dB.该方法制作的全光纤热光型可变光衰减器具有可用电驱动调控、可靠性高等优点.     

Fault detection technique for wavelength division multiplexing passive optical network using chaotic fiber laser

We propose a fault localization method for wavelength division multiplexing passive optical network (WDM-PON). A proof-of-concept experiment was demonstrated by utilizing the wavelength tunable chaotic laser generated from an erbium-doped fiber ring laser with a manual tunable fiber Bragg grating (TFBG) filter. The range of the chaotic lasing wavelength can cover the C-band. Basing on the TFBG filter, we can adjust the wavelength of the chaotic laser to match the WDM-PON channel with identical wavelength. We determined the fault location by calculating the cross-correlation between the reference and return signals. Analysis of the characteristics of the wavelength tunable chaotic laser showed that the breakpoint, the loose connector, and the mismatch connector could be precisely located. A dynamic range of approximately 23.8 dB and a spatial resolution of 4 cm, which was independent of the measuring range, were obtained.     

超宽带平坦多载波光源结构设计

为了解决波分复用系统中传统光源稳定性差、成本高、带宽小等问题,本文提出了一种超宽带平坦光源发生器结构,该结构基于级联的电吸收调制器和两个频率调制器,得到了频率间隔相同且可调的高带宽、平坦度小的多载波光源。在单波长光信号输入下,产生了大范围频率间隔可调平坦度小于0.2 dB的21个子载波的多载波光源,当驱动信号频率为8 GHz和9 GHz时,平坦度可达到0.07 dB;在多波长光信号输入下,得到了频率间隔为15 GHz,平坦度小于0.9 dB子载波数为275的超宽带平坦光源,频谱宽度可以达到THz以上。最后研究了10 GHz驱动信号下,电吸收调制器与频率调制器驱动信号的相位差、频率调制器的频率偏移以及电吸收调制器的啁啾因子对多载波光源的影响,结果表明,驱动信号的相位差在±10°上下波动时,平坦度最大改变了1.05 dB,频率调制器的频率偏移在±10 GHz范围内变化时,平坦度波动幅度仅为0.1 dB,表明该结构具有良好的稳定性和可控性。     

Influence of reflected light on erbium-doped fiber amplifiers foroptical AM video signal transmission systems

Investigates experimentally the influence of reflected light on an erbium-doped fiber amplifier for use in optical AM frequency-division multiplexing (FDM) video distribution systems when reflection points exist before and after the amplifier. It is found that amplifier distortion is not affected by reflected light but that the signal gain and the noise figure of the fiber amplifier degrade with increased reflectivity. Gain was decreased by 3 dB when reflectivity after the amplifier was -12 dB. It was theoretically and experimentally clarified that the noise figure degradation was related to the internal reflection of the erbium-doped fiber, in addition to the reflection before and after the fiber amplifier. This internal reflection is caused by input signal light scattered within the erbium-doped fiber     

一种微流控2×2光开关的性能研究

微流控光学是在微尺度上通过操控微流体达到调节系统光学特性的技术。微流控光开关在多个元件集成到单一微流控芯片并实现可重构的微流控光路中起重要作用。使用气动方式设计了一种光路可重构的2×2光开关。通过压缩气体驱动控制一个可调气隙反射镜的状态,使光在微流道内交替发生透射和全反射,实现光开关功能。通过在COMSOL软件中仿真分析,得出其消光比为10.2dB、开关周期可达到60ms。结果显示,该方法具有较好的开关性能。此开关可与其他器件集成,制作复杂的微流控器件以实现其他不同的功能。     

新型密集波分复用精确波长激光器

报道了一种新型外腔精确波长激光器。该器件由透镜光纤、单端增透的激光二极管(LD)芯片、准直透镜、窄带滤光片和高反镜依次级联而成，使用窄带滤光片作为选频和波长锁定元件。推导了该激光器的外腔等效反射率，简要分析了静态相关特性，给出了初步实验结果：窄带滤光片的插入损耗为0．5dB，自由光谱范围大于40nm，谱线宽度小于1.7nm。外腔激光器在较大的注入电流范围内实现了稳定的单纵模输出，阈值电流为25mA，边模抑制比高达40dB，输出波长符合国际电信联盟(ITU-T)建议的波长标称值。该器件具有制作简单、成本低廉等优点，特别适用于基于波分多址(WDMA)技术的以太网无源光网络(EPON)系统。     

Linearity and CNR Improvement Technologies against Optical Reflection in Fiber-Oriented Wireless Access Systems

It is important to consider optical reflectionconditions when designing fiber-oriented wirelessaccess systems around subcarrier optical transmissionsince the noise characteristic can be significantlydegraded by optical reflection, especially if narrowspectral width devices are used. The superluminescentdiode (SLD) offers stable noise and 3rd-orderintermodulation distortion (IM3) characteristics thatfollow the ideal cubic law, even under multipleoptical reflection. The SLD-predistorter combinationis proposed as a way to overcome the SLD's narrowdynamic range. It is experimentally found that thepredistorter reduces IM3 by 8 dB. The receiversensitivity of a practical system that uses theSLD-predistorter combination is discussed from theviewpoint of overall design. A superimposedsubcarrier modulation (SSM) technique is also proposedin order to reduce the reflection noise. Weexperimentally confirm that the SSM technique reducesthe noise degradation and provides stable opticaltransmission. An SSM design methodology is presentedthat takes both noise and linearity into account. TheSLD-predistorter and the SSM scheme make it possibleto realize stable transmission performance and widerdynamic range in the presence of optical reflection.     

Dispersion compensation of fiber Bragg gratings in 3100 km high speed optical fiber transmission system

By optimizing the fabrication process of the chirped optical fiber Bragg grating (CFBG), some key problems of CFBG are solved, such as fabrication repetition, temperature stability, group delay ripple (GDR), fluctuation of the reflection spectrum, polarization mode dispersion (PMD), interaction of cascaded CFBG, and so on. The CFBG we fabricated can attain a temperature coefficient less than 0.0005 nm/℃, and the smoothed GDR and the fluctuation of the reflection spectrum are smaller than 10ps and 0.5dB, respec-tively. The PMD of each CFBG is less than 1 ps and the dispersion of each grating is larger than -2600 ps/(nm·km). With dispersion compensated by the CFBGs we fabricated, a 13×10 Gbit/s 3100 km ultra long G.652 fiber transmission system is successfully imple-mented without electric regenerator. The bit error rate (BER) of the system is below 10-4 without forward error correction (FEC); when FEC is added, the BER is below 10-12. The power penalty of the carrier-suppressed return-to-zero (CSRZ) code transmission system is only 2.5 dB.