基于光学向量矩阵乘法器的光学信息处理系统研究

光学向量-矩阵乘法器(OVMM)作为一种利 用光学方式进行向量-矩阵运算(VMM)的光学系统,由于采用天然具有高带宽、高并行性的 光学处理方式, 在海量数据处理领域极具潜力。本文实现了一套基于空间OVMM的光电混合 数字信号处理系统,采用自主设计实现的维度为16×16的空间OVMM作 为核心运算单元。实验结果显示,系统能够完成76.8G/s乘法累加 (MAC)运算,满足实时 数据处理对运算速度的需求。系统使用可编程逻辑器件(FPGA)作为电学协处理单元的核心组 成部分,因此具有可编程性,可以满足多种不同的应用需求。     

基于半导体光放大器的光学向量矩阵乘法器的实现方法

提出了一种基于半导体光放大器(SOA)的光学向量矩阵乘法器(OVMM)的实现方法。与传统的向量矩阵乘法器相比,本文方法采用的是非空间光的实现方案,且SOA的增益补偿作用可对计算所得的光功率进行校正,从而提高计算精度。对提出的方法进行了1×2向量与2×2矩阵乘法运算的实验验证,结果表明可以实现向量矩阵乘法器的运算功能。利用SOA的大范围增益可调特性,可有效提高信号动态范围,利于多路信号间均匀性的改善,且易于集成。     

基于DFB激光器解调技术的光学电流互感器

针对交流电流的测量,提出了一种基于分布式反馈（DFH）激光器解调技术的光学电流互感器（0CT）。OCT的传感部分运用光纤Bragg光栅（FBG）和超磁致伸缩材料（GIⅢ①作为传感器探头,同时应用DFB激光器对FBG进行解凋,实现交流电流的测量。对于这种新型的OCT进行了理论分析和实验研究,实验测得系统传感灵敏度可达到1...     

光纤激光水听器阵列实验研究

构建了基于分布反馈式(DFB)光纤激光器的光纤激光水听器阵列,4元DFB光纤激光器通过同一个980nm激光器同线泵浦,阵列发出的1550nm左右的复合激光通过解波分复用(BWDM)分离至独立的通道,实验结果表明,4元光纤激光水听器探测的水声信号能被无失真的解调,阵列各通道间串扰小于-60dB。     

取样光栅分布反馈激光器阵列器件研究

采用了一种基于取样光栅原理制作多通道增益-折射率耦合型光栅的方法,成功制作了8波长分布反馈(DFB)激光器阵列,阵列中各激光器的阈值电流为30～40 mA,注入电流为100 mA时的平均输出光功率为10mW,阵列器件实现了波长的可选择性激射,相邻激光器间的频率间距为200 GHz,验证了用取样光栅方法制作DFB激光器阵列的可行性。     

一种基于闪存的温度补偿型向量矩阵乘法器

基于XMC 65 nm浮栅工艺,设计了一种基于闪存的存算一体向量矩阵乘法器。进行模拟计算的闪存单元工作在线性区,采用两个闪存单元以差分的方式存储一个权重,提高了计算线性度,减小了权重的温度系数分布。设计了电流减法与缓冲电路,精确得到了乘累加的计算结果,并通过负阻并联型闪存负载实现了良好的温度补偿。模拟计算的精度为4位。仿真结果表明,各权重的计算结果为:在-40 ℃~85 ℃范围内,温度系数小于0.1%/℃;在85 ℃~130 ℃范围内,温度系数小于0.25%/℃。     

三分量光纤激光检波器阵列及其实验研究

采用波分/空分混 合复用的方案,构建了基于分布反馈光纤激光器(DFBFL)的两级三分量地震检波器阵列, 通过相干探测技 术实现高分辨率的波长解调,并对检波器进行了测试。结果表明,阵列中传感器的本底噪 声小于70ng/√Hz, 对微弱振动信号的探测能力优于传统动圈检波器,三分量检波器的交叉灵敏度小于－20dB,通道间串扰小于－80dB,为多维多分量地震 勘探提供了一种新的技术途径。     

隔离电阻对集成光源特性的影响分析

提出了一种分布反馈(DFB)激光器与电吸收(EA)调制器集成光源(EML)的等效电路模型。该模型考虑了由于隔离电阻不够大而导致的激光器与调制器之间的电耦合,通过对电路模型进行仿真可以看出,对于不同隔离电阻的EML,激光器的阈值电流、调制器的频率响应带宽、集成器件的小信号调制和脉冲调制等多方面特性均有明显不同。分析得到,EML的隔离电阻阻值只有达到10kQ量级,才能够忽略电泄漏对器件特性的影响。并指出EML在更高的偏置下,将对隔离电阻提出更高的要求。     

基于可调谐DFB激光器的FBG加速度检测系统

基于分布式反馈DFB激光器的窄线宽 特性及可调谐特性,设计了自温度补 偿的光纤Bragg光栅(FBG)加速度检测系统。采用简支梁结构,设计了FBG低频加速 度传感器。通过增 加温度补偿光路,对DFB激光器的中心波长进行实时反馈控制,实现了系统对温度影响的 自补偿。实验结果表明,系统对冲击激励信号和加速度的连续激励信号均有良好的动态响应 , 系统的固有频率为25.1Hz,频率响应范围为0~400.0 Hz,加速度的最大灵敏度约为 1.89 V/m·s²,并且系统具有良好的温度稳定性。     

一种基于分布式反馈激光器的FBG高速解调系统

采用分布式反馈(DFB)激光器,其电流驱动 信号为100kHz正弦波,同时配合 100kHz方波进行中断控制,在20～150mA驱动电流输出100kHz、1nm光谱范围 的波长扫描光。 激光器结合光环形器、光电管等光器件,配合信号采集与处理部分组成高速光纤布拉格光栅 (FBG)解调系统。实验 验证,本系统具有FBG波长信号静态、动态解调能力。在温度静态实验,解调系统 线性度为0.99921、 精度约为8pm。在2kHz、4kHz动态振动实验中,解调系统具有良好的响应度和精确度,并 可分析50kHz 以内的频谱信息。本文的FBG解调系统,结构简单,成本低,可用于FBG 100k Hz的高速解调,不受外界环境和光强扰动的干扰,稳定性高。     

Programmable analogue vector-matrix multiplier

A new method for implementing simultaneous multiplication of signals is proposed; the vector-matrix multiplier (VMM). Design methodology and techniques are also presented, highlighting the unique characteristics of the proposed concept and its potential advantages. Demonstration of functionality is furnished by circuit simulations     

光纤感知阵列在线滑觉测试系统

针对智能柔性滑觉传感中位置与速度的实时监测问题,设计了一种监测目标位移与速度的光纤感知模块。首先,采用温度补偿模块解决温度交叉敏感问题;然后,在分析传感单元应力分布仿真结果的基础上提出了“米”型FBG组网结构;最后,采用标准压力计与小球完成了位置方向与速度状态的测试,并提出了适用该结构的目标状态解算模型。仿真结果显示,目标轨迹平均形变量约为0.32 μm,衰减距离宽度约为3.0 mm。实验针对0.255 kg钢制小球进行滑动测试,FBG应力灵敏度均优于0.0206 nm/N,FBG中心波长偏移量可以准确确定物体所在区域位置和物体运动方向。传感模块能够实时监测物体运动状态,智能调整物体施力大小及位姿。结果显示,该滑觉感知系统的平面定位精度、运动角度与速度换算均符合设计要求。并且根据模型函数关系可知,在调整传感网络中 FBG总量时可以实现对位置、角度及速度精度的控制。综上所述,该系统具有对检测区域内目标位置、运动状态实时监测的能力,适用于柔性智能装配、智能仿生皮肤等技术领域。     

PMT阵列在水下MIMO无线光通信中的应用

水下无线光通信具有的高带宽、低时延等特点,已成为水下通信的可行选择。系统发送端光源由6只绿光发光二极管(LED)构成阵列,接收端由3只光电倍增管(PMT)构成阵列,形成了6×3的多输入多输出(MIMO)传输方式。在室内10 m水槽水下信道下,实现了1 Mbps的信息传输速率。通过MATLAB软件对接收平面光功率分布仿真,最大值为?35.8 dBm。此外,测试了PMT阳极输出电压波形,并推导出阴极电流波形。理论计算得出信噪比为19.4 dB,理论误码率约为1.1×10?5。所选PMT模块理论上最小接收功率可低至1.5×10?9 W,体现出极高的探测灵敏度。最后,通过蒙特卡洛(Monte Carlo)数字仿真说明,在信噪比25 dB可达到约35 bit·s-1·Hz-1的信道容量。     

部分校正自适应光学系统的激光导星阵

讨论了斯特列尔(Strehl)比为0.5的部分校正自适应光学望远镜所需要的人造导星数对望远镜口径及大气相关长度r0的依赖以及子孔径大于r0时对导星亮度的要求,最后给出在相应条件下产生钠导星所需要的激光能量。     

四通道阵列偏振成像自适应光学系统设计

在大气湍流影响下,为了实现对远距离目标偏振成像,基于孔径分割技术和自适应补偿技术,设计了四通道阵列偏振成像自适应光学系统。偏振成像部分采用四通道阵列结构,每个偏振通道获取目标不同偏振分量的强度图像,从而实现同时偏振成像。采用闭环自适应系统对波前畸变进行实时补偿。光学系统的设计焦距为364 mm,F数为2.5,工作波长为1.06 μm,半视场角为±0.3°。设计结果表明,系统成像性能接近衍射极限,可以实现同时偏振成像和波前畸变的校正。     

光波导相控阵激光雷达接收系统设计

针对光波导相控阵扫描角度大、速度高的特点,设计了光波导相控阵激光雷达的接收系统。该系统采用大视场凝视型的单孔径接收望远镜和APD阵列探测器,进行目标信号的接收转换与目标角度测量;同时采用微透镜阵列（MLA）以弥补APD阵列产生的探测视场空白,提高回波信号能量利用率。首先给出了设计的总体方案,选择并设计了系统的具体参数;针对选择的器件参数,根据激光雷达方程对系统的性能进行了分析。研究结果表明:所设计的接收系统具有体积小、结构紧凑的特点,性能指标可满足相控阵激光雷达的探测需要。     

Berger check prediction for concurrent error detection in the Braun array multiplier

The design and development of concurrent error detection arithmetic and logic units has initiated significant research concerning information coding schemes. Published research has used the unidirectional fault detection capabilities of Berger codes to achieve a fault tolerant Braun array multiplier.

In this paper we develop Berger check symbol prediction and show that the previously reported Berger coded prediction is in error, making the results inappropriate for the realization of practical concurrent error detection systems. Furthermore, we show that the Berger coded Braun array multiplier can not only achieve the objective for detecting unidirectional faults but analysis has indicated an inherent ability of the Berger check prediction technique for error detection beyond the scope for which it was originally intended. In fact the coding provides error detectability for single and multiple stuck-at faults. Further study suggests the performance of the Berger check prediction Braun array multiplier tends towards 100% error detectability for increasing input bit length and hence array dimensions.

The Berger check predictive Braun array multiplier has, therefore, introduced a high level of concurrent error detectability with only a minimal extension in the hardware implementation.     

High performance low power array multiplier using temporal tiling

Digital multipliers are a major source power dissipation in digital signal processors. Array architecture is a popular technique to implement these multipliers due to its regular compact structure. High power dissipation in these structures is mainly due to the switching of a large number of gates during multiplication. In addition, much power is also dissipated due to a large number of spurious transitions on internal nodes. Timing analysis of a full adder, which is a basic building block in array multipliers, has resulted in a different array connection pattern that reduces power dissipation due to the spurious transition activity. Furthermore, this connection pattern also improves the multiplier throughput. This array pattern is based on creating a compact tiled structure, wherein the shape of a tile represents the delay through that tile. That is, a compact structure created using these tiles is nothing but a structure with high throughput. Such a temporal tiling technique can also be applied to other digital circuits. Based on our simulation studies, a temporally tiled array multiplier achieves 50% and 35% improvements in delay and power dissipation compared to a conventional array multiplier. Improvement in delay can be traded for power using voltage reduction techniques     

基于探测器阵列的激光远场光斑测量系统

设计开发了一套基于探测器阵列的激光远场光斑测量系统.在1.5 m×1.5 m的靶面尺寸上间隔10 cm排列了15行×15列激光探测器阵列,探测器响应信号经前置放大后分别进行同步脉冲产生和信号峰值保持、峰值信号A/D采样,最后经计算机通信存储,事后进行光斑图像的形成和分析处理.光斑能量密度测量范围10 μJ/cm~2～10 mJ/cm~2,单元探测器测量精度优于15%,最高测量激光频率可达500 Hz.可满足目前大功率激光干扰武器装备的测量需求.