基于脉冲位置调制系统的偏振模色散监测方案

为了实现对脉冲位置调制传输系统光纤信道中偏振模色散的动态监测,提出了一种新型偏振膜色散监测方案,并基于监测原理构建了数学模型。该方案基于单边带内不同偏振信号相位差实现,具有结构简单、易于实现、成本低等优点。结果表明,本方案可以实现对光信号的差分群延时与偏振态的动态监测,即当差分群延时在0ps~100ps范围内时,可准确监测;同时证实了其与信号速率关系较小,能够适应不同速率的系统,且可对脉冲位置调制传输系统的偏振模色散进行实时动态监测。该方案是一个高效可行的偏振模色散监测方案。     

相干光通信系统中光束的偏振控制及控制算法研究

在相干光通信系统中,由于大气湍流的影响,信号光的偏振态具有不确定性,而光混频器对信号光和本振光的偏振态比较敏感。结合光混频器原理推导出信号光偏振态、中频信号和混频效率三者之间的关系,以中频信号幅值作为反馈控制信号光偏振态以提高混频效率,并设计一种适用于相干光通信系统的单粒子优化算法。实验结果表明,在闭环状态下,偏振控制系统中频信号的幅值快速增大,混频效率提升64%左右,中频信号幅值的波动方差减小为0.001,实现了相干光通信系统中的偏振控制。     

双Mach Zehnder光纤干涉仪中的遗传偏振控制算法

Mach-Zehnder光纤传感系统在实际应用中受偏振相位偏移现象影响,使得信号相关性不稳定,造成定位时出现粗大误差,甚至无法定位的问题。为解决这一问题,提出了一种基于双臂检测信号相关系数的遗传偏振控制算法。利用偏振控制器对输入光的偏振态进行实时控制,在系统信号相关性恶化时,通过改变输入偏振态,恢复信号的相关性。实验证明,该算法可使检测信号维持良好的相关性,系统的稳定性得到较大提高。     

径向矢量光场在双延迟器作用下的偏振演化

延迟器作为改变光信号偏振态的一种重要光学器件,具有高偏振变换精度、低成本、算法简单等特点,利用一个1/4波片和一个1/2波片组合可实现对径向矢量光场偏振调制的新方法,采用Jones矩阵算法分析了双波片的调制机理,将光场的偏振演化规律在庞加莱球上表示,并通过实验验证理论分析的正确性,研究结果表明:双延迟器结构可实现对径向矢量光场的复杂偏振调控,并获得光强均匀分布、偏振态有规律分布的矢量光束。     

相干光检测系统中的偏振控制

相干光检测可以提高光通信系统的接收灵敏度,改善系统的性能;但大气的退偏效应使光信号通过大气传输后偏振状态随机变化,难以实现两束光偏振态一致的要求,直接影响该系统的检测效率。文中讨论了相干光通信系统偏振控制的新方法,在此基础上建立了偏振控制数学模型。选择挤压光纤偏振控制器作为该方案的偏振控制器件,选择模拟退火算法为该系统控制算法,并利用改进后的模拟退火算法实现偏振态的自动控制,整个控制过程采用盲搜索,没有具体参量的变化。仿真结果表明:该方法适合相干光通信,达到了偏振控制的目的。     

利用正交偏振切换抗偏振衰落和抑制偏振噪声

干涉型光纤传感器是一种高灵敏度的传感器,在许多领域都具有重要应用价值,而偏振衰落是这种传感器中需要解决的一个重要问题。提出采用脉冲正交偏振切换及基于相位生成载波(PGC)的信号合成算法来实现抗偏振衰落。阐述了正交偏振切换方法的基本理论,分析了以PGC解调为基础的正交偏振切换合成算法的原理,搭建了实验系统进行实验研究。结果表明,当光纤中偏振态受到扰动时,通过正交偏振切换及合成算法,合成的结果等效干涉度可以稳定在0.93~0.94之间;解调结果的噪声可以达到四路偏振通道噪声的最低水平。该方法可以消除传输光纤中偏振扰动所造成的低频相位漂移,使解调结果不受传输光纤中偏振态扰动的影响。长时间的噪声监测结果表明,PGC调制频率为8kHz时,系统噪声达到了-96dB/槡Hz(1kHz),与同一系统中采用法拉第旋镜作为反射镜测得的本底噪声相当。该方法为解决干涉型光纤传感器时分复用阵列,特别是基于光纤光栅的干涉型准分布式光纤传感器和分布式传感系统中的偏振衰落问题提供了一种可行的途径。     

可补偿二阶偏振模色散的两级自适应补偿器研究

研制了对于10Gbit／s非归零码(NRZ)和归零码(RZ)光纤通信系统的二阶偏振模色散(PMD)自适应补偿实验系统。实验中运用光纤链路中的偏振度(DOP)作为反馈控制信号，采用粒子群优化算法(PSO)作为偏振模色散自适应补偿的搜索和跟踪控制算法，粒子群优化作为补偿搜索算法具有收敛速度快、抗噪声和避免陷入局部极值的优点；作为跟踪算法可以快速跟踪偏振模色散的随机变化。实验证明，该补偿系统可以同时补偿一阶和二阶偏振模色散。不论对于非归零码还是归零码，补偿后眼图恢复很好。补偿搜索时间为几百毫秒。跟踪系统对于链路中突发的偏振模色散变化的响应恢复时间小于20ms，实现了准实时的一阶和二阶偏振模色散自适应补偿与跟踪。     

一种大气激光通信系统抗干扰调制/解调技术

空间光通信以大气为介质进行信息传输时,不可避免地受到大气散射、大气湍流及背景光等因素的影响。针对大气信道对通信质量的影响,提出了基于激光偏振态参数的调制与解调技术,设计了一种基于偏振移位键控(PolSK)的大气激光通信系统并对其原理进行了简要分析。该通信系统采用偏振移位键控的调制方式,即利用圆偏振光的两种旋态(左旋和右旋)进行编码、调制从而实现数据的传输,接收端采用平衡探测方法进行光信号解调。对系统性能进行仿真分析,结果表明,基于激光偏振态参数的调制与解调技术在抗大气环境干扰、提高数据传输速率和降低误码率等方面具有优越性,在未来的空间激光通信领域有广阔的发展空间和应用前景。     

禁忌粒子群算法在几何约束求解中的应用

约束问题可以转化为优化问题,针对粒子群优化算法在算法的后期易陷入局部最优的缺点,提出TPSO(禁忌粒子群优化算法),在算法的前期采用粒子群算法快速产生全局最优解信息素的初始分布,后期引入禁忌搜索算法,记录已经达到的局部最优解,在下一次搜索中,不再或者有选择地搜索这些点,从而跳出局部最优点,并且在搜索过程中允许接受劣解,充分利用禁忌搜索的记忆能力及较强的爬山能力,大大提高了获得全局最优解的概率.该算法综合了粒子群优化算法的快速性,随机性和全局收敛性以及禁忌搜索局部寻优的能力.在确保全局收敛性的基础上,能够快速搜索到高质量的优化解.该方法用于几何约束求解的性能明显高于标准粒子群算法,算法具有良好的优化性能和时间性能.     

一种新的数字调制信号分类特征选择算法

针对调制信号分类特征选择问题,提出了自适应惯性权重模拟退火二进制离散粒子群算法。该算法将模拟退火算法嵌入到离散粒子群算法循环体中,利用模拟退火算法具有较强的局部搜索能力和避免陷入局部最优解的特点,解决了简单智能优化算法早熟收敛和局部搜索能力弱等问题。仿真结果表明,该算法能有效选取最优特征,性能优于简单离散粒子群算法和遗传算法。     

激光强回馈系统的动态调制稳频技术

激光强回馈系统与弱回馈系统相比,在无任何电子细分条件下就可获得纳米级的分辨率。但是,由于其回馈水平高,容易发生模式转换或偏振跳变,稳频十分困难。提出了一种激光强回馈系统的动态调制稳频方法,研究了动态调制稳频中的零点定位、清零补偿等关键技术及算法。实验结果表明,通过采用动态调制稳频技术,消除了激光强回馈系统中的模式转移及偏振跳变现象,获得了调制均匀、幅值相等的回馈条纹,有效地解决了激光强回馈系统的稳频问题,大大提高了系统的抗干扰能力,对进一步研究高精度强回馈测量系统具有重要意义。     

优化算法在偏振模色散自适应补偿技术中的应用

介绍了10Gb/s的光纤通信系统中,优化算法在偏振模色散(PMD)自适应补偿技术中的应用。偏振模色散在线监测技术建立在偏振度(DOP)的基础上,偏振度随着微分群时延(DGD)的增加而减小。为了使用DOP做为PMD的监测反馈信号,需要在传输线路中模拟DGD的状态,为此设计了一个PMD仿真器。在光纤输入复用器端使用一个偏振控制器(PC)来调整光信号的偏振态,在光纤输出复用器端使用一个起偏器。随后信号到达控制计算机,优化程序运行,寻找全局最优点并通过PC来控制PMD。对现代非线性优化算法进行了讨论,比较了它们在PMD自适应补偿技术中的优缺点。在实验过程中选择遗传算法,取得良好效果。在很短时间内一阶二阶PMD能达到最大补偿效果,其动态补偿时间不超过10ms。     

基于FPGA数字相位调制光外差激光稳频系统设计

为了实现中心波长为1064nm的单频光纤激光器的稳频,采用相位调制光外差（PDH）激光稳频技术,搭建稳频系统光路。分析了相位调制光外差稳频信号以及误差信号特征;设计基于现场可编程门阵列（FPGA）的数字式解调和反馈控制电路,在FPGA中实现对相位调制光外差稳频信号的数字解调,再经数模转换器输出获得误差信号。结果表明,在FPGA中能成功实现对相位调制光外差信号的解调,经Allan方差计算,频率漂移的方差值可达10-11,即所设计的数字系统实现了较高的稳频精度。     

Coherent optical fiber transmission

Essential technologies for developing coherent optical fiber transmission systems are reviewed from the viewpoint of regenerative repeater spacing and transmission data rate improvements. After describing the system features behind these advantages, recent progress in individual device and system technologies is delineated. Such progress includes frequency stabilization and linewidth reduction of semiconductor lasers, optical phase or frequency modulation, AM and FM noise suppression in coherent receivers, optical polarization stabilization and control in signal transmission, and optical direct amplification. Also described is progress in coherent optical transmission experiments carried out in many laboratories. Finally, future problems are discussed on the basis of the current state of the art.     

实时快速偏振控制算法设计

为了有效地解决方向固定-相位可调型偏振控制器偏振盲区问题,同时实现对该偏振控制器输出光束偏振态的快速实时控制,采用三波片级联的偏振控制器,设计了新的偏振控制算法,通过分步逼近算法粗调以及比例-微分算法细调相结合的方法,降低了偏振控制算法的复杂度,提高了偏振控制的速度。结果表明,该偏振算法有效地控制了输出光束的偏振态,使其始终在目标偏振态附近,且该偏振控制器的响应速度在10ms量级。在增加反馈系统的基础上,该偏振控制器达到了实时快速稳定地控制输出偏振态的目的。     

Interrogation of an integrated optic modulator over a low-birefringence fiber using polarization tracking

The remote operations of an integrated optic Mach-Zehnder modulator via a low-birefringence fiber link using an input polarization control scheme is demonstrated. The polarization tracking scheme actively maintains the state of polarization arriving at the modulator in the state required for optimum operation of the device. As the feedback signal is determined by the overall optical throughput of the modulator, no modulation is itself required for the modulator to be set for optimum performance.<>     

偏分复用系统中直接解复用反馈信号建模及验证

在采用直接解复用的偏分复用(PDM)系统中,反馈信号是决定系统解复用性能的关键因素,因此反馈信号的选取与正确建模至关重要。本文详细分析了两偏振态信号光相干性对基于光功率差和射频(RF)功率两种直接解复用反馈信号的影响,完善了相关的理论模型,建立了100Gbit/s的PDM-DQPSK传输系统仿真平台,对两种反馈信号的解复用效果进行了验证。结果表明,无论两偏振态信号光的相干性如何,基于光功率差的反馈信号都适用,而RF功率反馈信号只适用于信号光相干度较大的情况;在两种反馈信号均可以使用的情况下,它们的解复用效果基本相同,引入的光功率代价均约为0.1dB。     

偏振度方法监测和控制偏振模色散的失效概率

依据主偏振态理论和一阶偏振模色散(PMD)近似,给出了信号偏振度(DOP)与PMD的解析关系式.考虑到光纤通信链路中光放大器造成的自相位调制(SPM)的影响,通过数值仿真,量化了DOP方法监测40 Gbit/s系统的PMD的失效概率.发现降低放大器输出峰值功率(10～12 dB*m)和引入适当的初始负啁啾(-1)可以显著增大PMD补偿系统作用距离.     

Frequency stabilization of semiconductor lasers for applications in coherent communication systems

The stabilization of the mean frequency of a single-mode semiconductor laser used under modulation in a FSK heterodyne transmission system is achieved by a novel method. The frequency stabilization scheme locks the laser to one of the resonance frequencies of a Fabry-Perot interferometer (FPI). The laser is weakly modulated at a frequency higher than any signal frequencies. Light reflected from the FPI is detected and synchronously demodulated for feedback and current control of the laser. A laser modulated by a pseudorandom sequence with a rate of 140 Mbit/s and an optical frequency deviation of 280 MHz is stabilized with this method against variations in operating temperature and bias current. The mean optical frequency is maintained within ± 10 MHz for hours. Analysis and experiments confirm that the laser frequency remains stable even when the laser linewidth changes under weak optical feedback.