Long-haul high-speed optical communication systems using asemiconductor laser amplifier

High-speed long-haul systems using semiconductor laser amplifiers, which eliminate the need for high-speed electronics in repeaters and are transparent to the transmission speed are considered for application in undersea high-speed transmission systems. The potential of laser-amplifier-repeated transmission systems has been explored by transmission experiments, showing that a high-speed system above 2 Gb is possible by filtering out the spontaneous emission power of the laser amplifier. A theoretical estimation of SNR degradation due to noise accumulation of chained laser amplifiers shows that systems are possible, using 30 to 40 laser amplifier repeaters, if narrow-bandwidth optical filters are used     

水导激光技术中水-光耦合传能规律研究

水-光耦合传输效率是实现水导激光可加工性的前提与效率保证。为了研究水导激光中水-光耦合传能规律, 得到较高的水束中激光功率传输效率和均匀的激光功率密度分布, 采用光线追迹原理及物理光学传播方法, 仿真分析了1064nm激光束聚焦后的光束特性及水-光耦合后水束中激光光斑分布形态, 并对不同水束长度下激光功率传输效率, 以及不同功率、压力和水束长度下激光功率密度分布情况进行了系统的实验检测分析。结果表明, 随着水束长度的减小, 1064nm激光在水束中功率传输效率越高, 在水束长度为20mm时, 激光功率传输效率可达63.6%;激光功率的变化对水束中激光功率密度分布影响最大; 当激光功率不变时, 在水束稳定长度范围内水压的增大有利于水束中激光功率密度均匀化分布, 而耦合水束长度的减小可以提高激光传输效率。研究结果为提高水导激光中能量利用率有一定的指导意义。     

连续偏光干涉法测量波片宽波段延迟量变化

为了测量石英波片宽光谱下相位延迟量,根据连续偏光干涉原理,提出了一种新的测量方法,并给出了相应波长的延迟量数据处理办法。采用岛津UV-3101PC分光光度计双光路比对测量方法,增加了采集数据的稳定可靠性,获得了已知厚度的石英波片300nm~800nm波段的连续偏光干涉谱,进行了理论分析和实验验证,获得了波片的宽光谱相位延迟量数据。结果表明,实验曲线和理论曲线吻合较好,测量平均误差不大于2°。这一结果对研究波片延迟量色散性质以及工艺进程的引导有重要实际意义。     

大气激光音像传输系统

分析了大气对激光通信的影响,将激光通信和音像多媒体技术结合起来,从短距离、小功率大气激光传输系统考虑,提出一种可行的发射系统电路设计方案.最后对系统进行联调测试,并对实验结果进行说明.用简单的方法实现了短距离音像信息的无失真传输,其结果对远距离、大功率激光通信大型系统的研究有一定的参考价值.     

同步扫描水下激光成像系统的蒙特卡洛仿真及优化

针对水下激光同步扫描三角测距成像系统受水介质散射和吸收影响导致作用距离减小、目标反射点图像质量变差等问题,从辐射传输理论出发,采用蒙特卡洛方法建立水下激光传输的随机模型,利用TracePro软件进行光线追迹仿真,得到反射点图像相对散射光背景的对比度。探讨了目标距离、激光光强、基线距离、物镜口径等改变对对比度的影响关系,从而对水下激光同步扫描三角测距成像系统参数作了优化设计。最后从系统实际情况和需要出发,确定激光光强1 W,基线距离250 mm,成像物镜50 mm/F2,确保在7.5 m距离范围内,有较好的目标反射点图像对比度,从而保证了同步扫描三角测距原理的实施。     

半导体激光器的原子法拉第反常色散光学滤波器光反馈稳频

为提高半导体激光器的频率稳定性，利用原子法拉第反常色散光学滤波器（FADOF）超窄带的选频透射特性，将其置于半导体激光器的外腔中作选频元件，采用光反馈的方法，使得透射率低的激光频率分量被抑制，透射率高的激光频率分量被加强，有效地实现了光反馈激光稳频。利用Cs原子法拉第反常色散光学滤波器工作于D2线852nm的4峰窄带透射状态。通过调节半导体激光器的温度和电流，调谐半导体激光器的输出波长，将激光器锁定在任何一个透射峰上，用26％的光反馈量，使稳频后的激光频率长期稳定性保持在75MHz／2h以内，而且采用这种稳频方法的输出激光中心波长一直稳定在频率基准上，没有单方向漂移。同时，还实现了Cs原子法拉第反常色散光学滤波器稳频半导体激光器结构的一体化，使其具有实用性。     

用于CO2激光传输的10.6μm波段空心布拉格光纤

空心布拉格光纤是具有一维光子晶体(1DPC)包层和空心芯区的新型光子带隙光纤。针对它在CO2激光传输中的应用,设计和制备了传输波段中心波长在10.6μm的空心布拉格光纤样品。利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)可以观察到光纤样品在10.6μm具有明显的透射峰。使用CO2激光,通过截断法测量得到光纤样品在10.6μm的传输损耗为2.35dB/m。测量了不同弯曲曲率下光纤样品的弯曲损耗,结果表明弯曲损耗系数随曲率的增大而线性增长。在接近光纤输出端处,弯曲半径为10cm的光纤90°弯曲引入的附加损耗约为2dB。实验结果论证了光纤样品的CO2激光低损耗传输特性,展现了空心布拉格光纤在提升CO2激光操作灵活性上的应用潜力。     

光纤激光器的调制实验研究

为了得到光纤激光器的好的调制特性,对光纤激光器的偏振态控制与否进行了对比试验,发现激光器没有进行偏振态控制,调制后的信号为噪声,即无法调制;利用扭转光纤控制构成腔的偏振态,选频器采用保偏光纤上写入的光纤光栅研制的环形激光器,调制特性可以与半导体激光器相比拟.比较了利用半导体激光器与偏振态控制的光纤激光器100km传输实验结果,二者结果一致.研究结果有利于光纤激光器在光纤通信中的应用.     

大纤芯红外带隙型光子晶体光纤研究

针对一般红外光纤存在材料损耗高、制备工艺复杂、传输性能和输出光束质量差等问题,提出了一种适合CO2(二氧化碳)激光传输的新型大纤芯红外PBG-PCF(光子带隙型光子晶体光纤),该光纤由三角形结构光子晶体在中心抽掉19根毛细管空气孔形成大纤芯。利用PWM(平面波展开法)分析得到了传输波长为10.6μm的CO2激光的光纤带隙图;再利用基于全矢量有限元法的仿真软件COMSOL Multiphysics分析其损耗特性。结果表明,这种结构的PBG-PCF与现有的红外光纤相比,传输10.6μm CO2激光时的损耗更小,约为0.08dB/km,可满足医用传输大功率CO2激光的需要。     

Speckle Noise Reduction in Fiber Optic Analog Video Transmission Using Semiconductor Laser Diodes

This paper investigates the effects of speckle noise on analog video transmission systems using semiconductor laser diodes. The system linearity degradation due to speckle noise is examined using different fiber types. Then this paper proposes a new modulation technique employing a superimposed pulse scheme to reduce speckle noise. It is experimentally confirmed that the proposed modulation method is effective in reducing speckle noise. Based on the above investigations, analog video transmission experiments are performed using single-mode fibers, step-index multimode fibers, and graded-index multimode fibers in the 0.8 and 1.3 μm wavelength regions. The results of the transmission tests have confirmed the feasibility of analog video transmission using semiconductor laser diodes.     

激光在沙尘暴中的衰减特性研究

复杂环境中激光传输和散射特性是目标与环境光散射特性研究的基础。主要讨论了激光信号在沙尘中的传输衰减特性。根据Mie理论研究了具有一定粒径分布沙尘粒子对于激光信号的单次散射衰减特性，给出了不同分层沙尘粒子的平均散射截面、粒子平均反照率、平均不对称因子和平均相函数。利用四通量法和蒙特卡罗法研究了激光在分层沙尘大气中的多重散射和斜程传输衰减特性，并给出它们与能见度及高度的变化关系。最后，在考虑多重散射时，分别用以上两种方法数值计算了1．06μm激光在斜程沙尘大气中的衰减率，并与单次散射结果进行了比较。结果表明，能见度较低时，不考虑多重散射效应会带来较大的误差；在斜程沙尘大气激光传输时，随分层数增加，数值结果就越精确。     

基于非球形雨滴的降雨对激光传输衰减的影响

为了进一步确定降雨对激光在大气中传输衰减的影响,将雨滴的非球形效应考虑在内,在雨滴的近似椭球模型、归一化谱分布的基础上,利用射线追踪法计算群雨滴在可见光和近红外波段的散射和衰减特性,讨论分析雨滴谱分布和降雨强度对可见光和近红外波段激光传输衰减的影响。数值模拟结果表明,不同谱分布的群雨滴散射能力从大到小依次为JD、MP、Gamma和JT分布;激光衰减不仅受降雨强度的影响,也与雨滴的数密度有关,数密度越大,激光衰减越大;而形状对群雨滴的影响较小。所得出的结论有助于准确评估降雨对激光传输的影响以及改善激光传输、通信和激光测风等应用。     

可变基频激光通信数据传输系统研究与实现

针对无线光通信特点,提出一种基于基带跳频的激光数字通信方法,分析单基频调制与可变基频调制原理,研究激光跳频通信信号帧结构与ASK编解码方法,探讨利用FPGA进行跳频通信及控制的技术实现,并进行 FPGA系统仿真和可变基频激光调制与传输实验。结果表明,采用可变基频的ASK调制编码通信能保证信息传输的安全性,在视距范围内实现了通信控制与字符数据传输,为大气激光通信应用提供一种新的技术途径。     

Transversal Loading Sensor Based on Tunable Beat Frequency of a Dual-Wavelength Fiber Laser

Microwave signal generation by using the photonic beating from a phase-shift fiber Bragg grating (PS-FBG)-based dual-wavelength laser is proposed and experimentally demonstrated. The dual-wavelength laser is formed by a linear cavity, in which a PS-FBG is used as a dual-wavelength selective component. Transversal loading on the PS-FBG enhances the birefringence of the optical fiber and consequently makes the transmission peak of the PS-FBG splitting into two sharp transmission peaks of orthogonal polarizations. The wavelength spacing between the two transmission peaks increases with the transversal loading on the PS-FBG, thus making the polarization beating frequency increase. This property is exploited in a transversal loading sensor.      

镀钛玻璃与PET之间的激光透射连接及其性能

激光透射连接具有生物相容性的异种材料在生物医学植入体及其封装中具有良好的应用前景。利用半导体激光器对镀钛玻璃与聚对苯二甲酸乙二酯(PET)进行激光透射连接试验,其中玻璃上镀钛薄膜是通过射频磁控溅射方法完成的镀膜。通过单因素工艺研究了主要工艺参数激光功率、扫描速度和镀钛薄膜的厚度对连接强度的影响,并探讨了玻璃基片的表面粗糙度对镀钛薄膜粗糙度以及其连接强度的影响。通过搭接剪切试验得到镀钛玻璃与PET之间的连接强度,采用真彩共聚焦材料显微镜对拉伸失效后的试样表面进行观测和失效分析,使用X射线光电子能谱(XPS)检测激光透射连接过程中镀钛玻璃与PET之间化学键的形成信息。结果表明:主要工艺参数激光功率、扫描速度对连接强度有着重要影响,增加玻璃基片的粗糙度和镀钛薄膜的厚度可以提高其连接强度,为激光透射连接镀钛玻璃与聚合物提供了参考。     

Optical Single Sideband Modulation Using Strong Optical Injection-Locked Semiconductor Lasers

We report on the experimental demonstration of optical single sideband (SSB) modulation using a directly modulated semiconductor laser under strong optical injection-locking. Modulation sidebands with 15-dB power ratio between the lower and upper sidebands have been achieved. The longer wavelength sideband is resonantly amplified by the injection-locked laser cavity mode. The radio-frequency performance of the optical SSB after 80-km fiber transmission is significantly improved compared with a typical symmetric sideband modulation of a free-running laser. A 622-Mb/s data transmission on a 20-GHz subcarrier is demonstrated over an 80-km fiber link.     

激光在含有光学元件的湍流中传输时的光束偏转

光学元件可能抑制或者加强大气湍流对激光传输性能的影响.研究了激光束在含有光学元件的湍流大气中的传输问题.根据空间滤波器原理,推导了激光束的随机偏转的解析表达式.作为一个特例,研究了高斯光束通过含有单个凸透镜的湍流大气的光束偏转,对其进行了数值计算,并与不存在光学元件时的光束漂移进行了对比.研究表明:不论光束是准直还是非准直的,光束偏转整体上都随传输距离的增加而增加,变化趋势基本一致,当传输距离相等时,存在凸透镜时的光束偏转都要小于不存在透镜时的光束漂移,激光传输性能得到改善.     

提高数字光接收机灵敏度的两种新方法的研究

提出了用幅值补偿法消除码间干扰、用数值平均法减小随机噪声的方法.采用该方法能使数字光接收机的灵敏度得以提高,从而使数字光纤传输系统的误码率降低.给出了提高数字光接收机性能的新途径.     

非致命激光武器雨中传输衰减系统设计研究

非致命激光武器实际应用中会受到大气环境影响,造成激光能量衰减,严重影响其作战效果。为精确了解激光在雨中传输的衰减,本文建立了激光在雨中传输的衰减模型,分析研究了激光在雨中的透过率,搭建了激光在雨中传输的衰减实验平台,实验研究了激光透过率与降雨强度和传输距离的关系。结果表明,激光在雨中传输衰减很大程度上取决于降雨强度和传输距离,雨量越大,传输距离越远,衰减越严重,当雨量为60 mm/h,激光传输200 m距离时,透过率已不到40％。仿真和实验结果吻合较好,说明所建立的衰减模型基本符合实际情况,同时也表明搭建的激光雨中传输衰减系统可以用于研究非致命激光武器雨中传输衰减,具有结构简单、易于操作、灵活性较好等优点。     

大气气溶胶对激光传输衰减的影响研究

在大气气溶胶类型、谱分布的基础上,利用Mie散射理论计算气溶胶在可见光和近红外波段的散射和衰减特性,讨论分析了大气气溶胶对可见光和近红外波段激光传输衰减的影响,计算结果表明,激光传输在很大程度上受粒子的折射率和谱分布的影响;不同类型气溶胶粒子具有不同的折射率和谱分布参数,从而决定了其具有不同的散射和吸收特性;气溶胶粒子的数密度越大,其衰减和散射能力就越强,对激光传输的衰减也就越大;但前后向散射的不对称性只与气溶胶谱分布有关,与数密度无关.所得出的结论有助于准确评估大气气溶胶对激光传输的影响以及提高激光传输、通信和激光测风等应用.