基于光纤延迟线的时间抖动测量系统

对飞秒激光器时间抖动的准确测量是推动其高精度应用的重要前提。为实现时间抖动的高精度、无参考测量,设计并搭建了一套基于光纤延迟线的测量系统。基于非对称迈克尔逊干涉仪的结构,在其中一臂引入一段长光纤延迟线鉴别时间误差,提高时间抖动测量精度。测量了一台实验室自制的重复频率为82 MHz的锁模光纤激光器的时间抖动功率谱,其在100 Hz~10 kHz的积分范围内RMS时间抖动为10.1 fs。     

基于FPGA延迟线插入法的半导体激光测距

为了提高系统的集成度,同时兼顾精度,介绍用FPGA延迟线插入法采实现较高精度的脉冲激光测时、测距的原理和技术途径.FPGA延迟线插入法是在直接计数法的基础上,采用FPGA内部延时单元将时间间隔转化为数字量,经高速锁存器锁存后得到代表延时信息的温度计编码值来实现高分辨率的时间测量.提出了一种实用的高速时钟下(400 MHz)延迟线延时信息的锁存方法,并设计了FPGA时间数字转换电路及其延迟单元时间测量电路.测试结果表明,FPGA延迟线插入法可以将单点时间分辨率提高到80 ps,多次测量可达40 ps,对应距离分辨率为毫米级.将其应用于脉冲激光测距系统,进行了测距实验研究,给出了实验数据和测量误差分析,最终得到±10 cm的测距精度.     

光纤陀螺掺铒光纤光源消偏技术

针对泵浦偏振态对高精度光纤陀螺掺铒光纤光源平均波长稳定性产生影响的问题,设计了掺铒光纤光源泵浦消偏的结构,该结构采用Lyot光纤消偏器来对泵浦光进行消偏,理论分析了该结构中Lyot消偏器结构参数的选取.实验验证了掺铒光纤光源的波分复用器具有偏振特性,会影响掺铒光纤光源平均波长稳定性,采用设计的泵浦消偏结构可有效消除波分...     

MEMS光开关应用于机群系统光互连网络

建立了千兆位传输结构的高性能光互连网络 ,以提高计算机机群系统的网络性能 .利用MEMS 4× 4光开关和具有硬件路由功能的光互连网络PCI总线接口卡构成光互连链路 .光信号传输速率达 1Gbits/s以上 .基于MEMS的全光无堵塞光开关减少了光 电转换 ,开关方式与光信号的波长、速率和数据格式无关 .利用这种网络结构 ,可以最大限度地减少网络延迟和网络通信开销 ,提升了机群系统的总体性能 .利用MEMS 8× 8光开关设计了星型环型混合拓扑的光互连网络 .采用了具有硬件路由功能的光互连网络接口卡 ,并以Ethernet为控制网络实现了对MEMS光开光的动态配置 .分析并测试了光互连网络的通信性能 :峰值数据传输率可达 1Gbits/s ;数据量在 3Mbytes以上时 ,网络整体性能明显提高     

磁流体的光学特性及其在光电信息传感领域中的应用

详细介绍了磁流体的光学性质,包括磁流体的热透镜效应、磁光效应.磁流体折射率的可控性以及磁致分色效应.由于磁流体的光学性质具有可调谐性,这为磁流体在新型光子器件与光纤传感器的设计和研究提供了新原理.新材料.论述了应用磁流体设计的多路复用器、光开关、光纤调制器、可调谐磁流体光栅与可调谐滤波器,以及基于磁流体的光纤电流传感器原理和结构.     

阿秒时间抖动的全保偏掺铒光纤激光器

近年来，超稳光生微波和远距离时频同步等高精度、高速科学研究对低噪声飞秒光纤激光器具有迫切的需求。为实现低时间抖动噪声的激光种子源，基于“光积木”结构，设计并搭建了一台重复频率为100 MHz的全保偏掺铒锁模光纤激光器，“光积木”结构可以有效地抑制激光器的机械噪声和重频漂移。采用平衡光学互相关技术，首次从全保偏锁模光纤激光器的出射脉冲中直接进行了高精度的时间抖动测量。该激光器在傅里叶频率10 kHz至1 MHz的积分区间内，积分均方根时间抖动仅为98.36 as。     

高精度电机测速装置的研究与设计

本文基于当前离心式转速表电机转速测量方法中存在的测量精度不高的问题,设计采用STM32硬件平台,采用电感式接近开关做数据采集,电机转速实时通过蓝牙,当电机转动时电感式接近开关输出信号有杂波以至于单片机没法处理,针对此问题,研究设计了一款单电源低通滤波电路和施密特整形电路,完成了一款高精度的电机转速测量装置,经过实验测试,该装置测量精度高,测试误差降低到了0.5％以内,该成果已在实际项目中得到了应用.     

微型紫外光纤光谱仪的光学系统设计及性能检测

采用非对称交叉的切尼尔-特纳(C-T)光路结构,设计了一种微型紫外光纤光谱仪的光学系统.用ZEMAX对光路进行仿真、像质评价和优化,对各类像差进行校正.同时,对不同狭缝尺寸和光栅常数的光谱仪理论分辨率进行了分析.当采用30μm狭缝和1 800线/mm光栅时,模拟光学系统在180~270nm光谱范围内整体分辨率优于0.5nm,在180nm附近最高分辨率达到0.1nm.最后,基于该光学设计研制了一台光谱仪样机,在使用交流电弧激发金属纯铁样品的条件下,对原子发射光谱进行了检测.     

基于高斯光脉冲延迟技术的光纤长度精确测量方法

提出了一种基于高斯光脉冲延迟技术的无盲区、高精度光纤长度测量方法。借助光纤延迟环的作用,在高速示波器上可以观察两路具有相对时延的高斯脉冲序列。通过调节脉冲频率可使两路高斯脉冲完全重合,依据此时脉冲频率可计算出光纤长度。脉冲未完全重合则会引入频率测量的误差,而利用脉冲时延与幅度的转换关系,通过脉冲幅度极大值的测量可以精确判断脉冲是否重合。脉冲频率的分辨力达到0.1 Hz,从而提高光纤长度测量的精确度。实验中当光源波长为1296nm时,该方法测量2284.34m G.652单模光纤长度的不确定度为0.04m,测量12726.57m的不确定度为0.24m。     

100 km光纤链路中小于100 fs分辨力的双光梳钟差测量实验研究

为了解决远距离光纤链路两端测量钟差限制在ps量级的问题,运用线性光学采样法测量钟差的基本理论,利用双光梳线性光学采样法完成了100 km光纤链路两端的钟差测量实验研究。通过梳齿压缩和色散补偿技术实现了光梳梳齿线宽和远距离光纤链路净色散量的优化,突破了高精度读取干涉花样中心时刻的难点,最终实现了高分辨力的钟差测量。通过时间间隔计数器与线性光学采样法测量光纤链路时延对比实验和100 km光纤链路钟差测量实验证明：基于线性光学采样法测量的钟差小于100 fs,能够有效满足高精度时间同步系统的要求。本研究为促进精密导航、高速通信和精准授时等领域的发展起到重要作用。     

适用于光码分多址通信系统的可调光编/解码器的一种新方案

提出了一种新的可调光编/解码器的实现方案。这种新结构的可调光编/解码器与以前文献中提出的结构相比,大大减少了所用2×2光开关数及光纤延时线的条数和长度,减小了硬件实现的复杂性,降低了成本和功耗,便于集成。     

一种改进的空分交换型OPS节点结构及其性能分析

提出了一种改进的空分交换型光分组交换(OPS)节点结构--共享反馈和输出缓存(SFOB)结构.该结构不但结合了基本的OPS节点结构的优势(将反馈缓存与共享缓存组合配置),而且在缓存使用方面改进了每根光纤延迟线(FDL)独立使用的做法,增加了将反馈缓存和共享缓存中两根FDL串联使用的机制,并据此设计了相应的缓存调度算法.最后使用计算机仿真的方法对该结构在随机网络负载下的丢包率性能进行了研究.仿真结果表明在相同缓存容量条件下该结构比传统的共享存储光分组(SMOP)交换结构具有更好的交换性能.     

光谱域光纤白光干涉测量技术

光谱域光纤白光干涉测量技术(WLI)具有精度高、动态范围大、工程实用性强等优点,在光纤传感和精密测量领域有广泛的应用价值。本文回顾了光谱域光纤白光干涉测量技术的发展历程,重点介绍了本研究组在这一领域所开拓的基于相位测量技术的光谱域光纤WLI,包括傅里叶变换WLI及其相对测量术、波长扫描WLI、相移WLI、波数扫描WLI、互相关WLI、步进相移WLI,并展示了该技术在光纤温度、压力、应变等传感器中的应用。     

恒星干涉仪延迟线系统地面随机振动响应分析

研究地面随机微振动对恒星干涉仪关键部件-光学延迟线系统性能的影响。利用美国蓝氏(Lansmont)集团生产的SAVER 3X型三轴振动仪实测地面随机振动信号,以输出的G加速度功率谱密度为激励,运用Workbench有限元分析软件计算该结构系统的随机振动响应;根据抛物镜面节点数据拟合出抛物镜面的Zernike多项式系数、抛物镜刚体平移量和抛物镜面PV和RMS值;将Zernike多项式系数导入光学系统中分析光学延迟线系统光学性能;最后利用ELCOWAT 3000电子自准直仪测量抛物镜刚体平移量,分析实际测量结果和计算理论结果偏差。分析计算结果与实验数据最大偏差7.6%,计算抛物镜面形RMS值为9.6 nm,PV值为46.1 nm,波前差为0.043λ。目前的光学延迟线的地面振动满足光学延迟线系统的稳定性要求。使用动态光学性能标准分析判断微振动对系统光学性能的影响程度,为恒星干涉仪其他子系统优化设计和隔振补偿措施提供参考。     

最小控制递归平均算法对光纤声音传感系统的降噪作用

为了解决恶劣环境下分布式光纤声音传感系统的声音还原问题,搭建了一种基于改进最小控制递归平均(IMCRA)算法的多通道光纤声音传感系统。采用Sagnac和Mach-Zehnder复合光路结构,以单模光纤作为传感单元拾取声音信号,借助光开关实现了多通道信号采集,并通过改进最小控制递归平均算法对声音信号进行降噪、还原及增强处理。实验结果表明:该系统可在长为4km的传感光纤上实现对单音信号和语音信号的多通道扫描拾取,并能够在复杂情况下实现对语音信号信噪比的有效提升,为光纤声音传感系统在恶劣环境下的应用提供了一种新途径。     

光纤结构参数对亚毫米沟槽装药爆速测试的影响研究

为了对亚毫米尺度SY共晶沟槽装药的爆速进行测试,采用光纤探针法设计了爆速测试系统,得到的信号稳定可靠,表明光纤探针法用于亚毫米沟槽装药的爆速测试是可行的。同时,为了研究光纤结构参数对爆速测试的影响,采用了3种不同结构参数的光纤进行试验。对爆速结果和信号参数进行数据分析可得:当光纤的数值孔径越大时,爆速测试的精度越高,信号的上升时间也越短,但对信号幅值基本没有影响;当光纤的芯径越大时,爆速测试的精度越高,信号的上升时间越短,信号的幅值也会增大。当光纤的数值孔径为0.22时,测试的精度最高,对应的爆速值为4.68 mm/μs,标准方差为0.12,平均相对误差为1.88%。     

干涉型光纤传感器光正交外差解调技术研究

针对干涉型光纤传感器信号传感的原理特点,本文提出了一种光正交外差解调技术.该方法使用可调光纤延时线进行传感光信号延迟的精确调整以实现正交外差解调,从而减少了光电探测器的低频噪声影响.与常规的外差解调技术相比,提出的解调结构方案消除了电子移相元件所带来的额外电子噪声与环境温度变换引起的相位漂移.通过压电陶瓷环谐振特性测量实验,表明了提出的基于光正交外差的干涉型光纤传感器解调技术可以有效地进行干涉振动信号的解调,实验取得的最小可探测相移量可达到9.2× 10-5 rad.     

脂肪乳液中物质浓度的光学低相干干涉测量

为了实现对散射介质的非接触测量,有效地提高灵敏度,提出了光学低相干干涉测量方法.采用光纤型迈克尔逊干涉结构,增加了扫描延迟线和光学外差探测电路,实现了具有光程分辨能力的干涉测量.以脂肪乳剂Intralipid为样本,通过稀释和加入染色剂的方法改变其散射和吸收特性.通过对溶液内反射信号的干涉测量和曲线拟合,研究了光程相关的干涉光信号与物质浓度的依赖关系.实验对象为散射和吸收特性相对稳定的脂肪乳剂和印度墨水混合物,其中Intralipid乳剂浓度在4%~16%之间,印度墨水浓度在0~1%之间.拟合方法引用了广义惠更斯菲涅耳(EHF)模型的解析表达式,拟合相关系数在0.98以上.实验结果与积分球测量结果进行了比较,初步验证了理论方法的可行性.     

The designs of a scalable optical packet switching architecture

Abstract

This paper proposes a new switching architecture to be used in all optical packet switching networks. The proposed switch is derived from an original 2 × ?2 two‐stage multi‐buffer switched delay line based optical switching node, known as an M‐Quadro node. By incorporating bypass lines into the M‐Quadro architecture and employing a novel switch control strategy, the optical packet switching node can effectively resolve packet contentions, thus reducing the packet deflection probability substantially. Furthermore, we show that such architecture is scalable for a generic multiple stages optical packet switch with a larger number of input/output ports.