1 国网福建省电力有限公司信息通信分公司, 福建 福州 350003
2 南京南瑞信息通信科技有限公司, 江苏 南京 211000
3 南京南瑞国盾量子技术有限公司, 江苏 南京 211000
4 南京邮电大学通信与信息工程学院, 江苏 南京 210003
数据协商是量子密钥分发(QKD) 协议的重要步骤之一, 其协商效率直接影响着 QKD 的密钥率。为此, 提出一种基于级联 Polar 码和多级译码方法的连续变量 QKD 数据协商协议, 该协议在多级编码调制系统的基础上, 利用纠错性能更好的级联 Polar 码作为分量码应用到多级译码中。仿真分析了该协议的性能, 结果表明所提出协议的协商效率极大提高, 同时密钥的比特错误率也极大地降低, 当信噪比等于 0.5 dB 时该协议的误比特率小于10-3。研究结果对连续变量 QKD 的应用具有重要价值。
量子光学 量子密钥分发 数据协商 级联 Polar 码 多级译码 quantum optics quantum key distribution data reconciliation concatenated Polar coding multistage decoding
同济大学 电子与信息工程学院 信息与通信工程系， 上海 201804
谐振式光纤陀螺(Resonator Fiber Optic Gyroscope，RFOG)的核心敏感部件是光纤环形谐振腔(Fiber Ring Resonator，FRR)，FRR在不同的束缚方式下表现为反射式与透射式两种结构，文章建立了两种结构的分析模型，推导出最佳工作状态下FRR的输出特性表达式。对于影响RFOG的主要噪声：背向散射噪声，通过建立两种相位调制RFOG结构，推导了两种不同结构FRR构成的RFOG在相位调制下的信号与背向散射噪声输出特性。分析了两种结构下谐振曲线最大斜率处的信号与背向散射噪声的信噪比表达式，最终证明两种结构的信噪比表达式相同，且与FRR的腔长负相关。
谐振式光纤陀螺 光纤环形谐振腔 反射式 透射式 背向散射噪声 信噪比 resonant fiber optic gyroscope fiber ring resonator reflective transmissive backscattered noise signal to noise ratio
同济大学 电子与信息工程学院 信息与通信工程系, 上海 201804
谐振式光纤陀螺（Resonator Fiber Optic Gyroscope, RFOG）的性能是多种误差和噪声共同作用的结果。分析了RFOG主要误差与噪声的产生机理, 建立了各误差与噪声的分析模型, 结合具体陀螺参数, 对误差和噪声的等效旋转速率进行了估算, 对抑制误差和噪声的有关措施进行了数值量化。以RFOG零偏稳定性0.1°/h需求为例, 为抑制背向散射噪声及背向反射误差, 相位调制移频时顺时针和逆时针光波的载波强度残留水平之积需高于112dB; 为抑制克尔效应, 顺时针和逆时针方向的光强差需控制在3.86nW以内; 地磁场方向不确定性引起的陀螺零偏稳定性约为0.7°/h。该工作为RFOG实验研究和工程设计提供了理论指导。
谐振式光纤陀螺 光纤环形谐振腔 误差与噪声 背向散射 resonant fiber optic gyroscope ring resonator error and noise backscattering
Author Affiliations
Abstract
1 College of Electronics and Information Engineering, Tongji University, Shanghai 201806, China
2 Shanghai Aerospace Control Technology Institute, Shanghai 201109, China
3 Shanghai Engineering Research Center of Inertia, Shanghai 201109, China
A resonator fiber optic gyro with the light time-division input and multiplexing output (TDM-RFOG) in the clockwise (CW) and counterclockwise (CCW) directions is proposed. The light time-division input in the CW and CCW directions can effectively suppress the backscattering induced noise. The TDM-RFOG is implemented with the 2 × 2 Mach–Zehnder interferometer (MZI) optical switch. The response time of the fiber ring resonator is analyzed, and it is demonstrated by experiments that light time-division input in the CW and CCW directions can reduce the backscattering induced noise. The suppression effectiveness of backscattering induced noise in the TDM-RFOG is determined by the extinction ratio of the optical switch, so a closed loop is designed to adjust the phase shift difference between the two arms of the MZI optical switch to control the extinction ratio. The method using two arms of the MZI optical switch with twin 90° polarization-axis rotated splices is proposed to make the extinction ratio along both slow and fast axes greater than ?70 dB.
resonator fiber optic gyroscope Mach–Zehnder interferometer backscattering induced noise Chinese Optics Letters
2020, 18(3): 030601
同济大学 电子与信息工程学院 信息与通信工程系, 上海 201804
变温环境下, Shupe效应会对陀螺零偏产生影响, 建立线性模型对其进行补偿是工程中常用的一种辅助手段。首先分析陀螺输出漂移与温度的相关性, 然后以温度、温度梯度及二者高阶项、交叉项为自变量集合, 针对随着补偿模型自变量个数逐渐增加, 光纤陀螺补偿后输出漂移极差存在最低值的特性, 提出基于最优子集回归, 确定模型自变量数量, 建立多元多项式回归模型近似求解零偏输出与温度及其相关量的关系。实验与仿真结果表明, 当环境温度在-40~60℃变化时, 100s滑动平均处理后, 该模型使最终的漂移极差减小71.05%, 零偏输出减小94%, 有效地降低了温度对陀螺零偏的影响, 同时具有占用资源少、实时性好的优点。
光纤陀螺 最优子集回归 零偏补偿 温度 相关性 fiber optic gyroscope optimal subset regression zero offset compensation temperature correlation
谐振型光纤陀螺(RFOG)因具有敏感光纤短和体积小等优点而备受关注。分析了激光线宽、光纤环形谐振腔(FRR)及检测技术对RFOG灵敏度的影响。依据RFOG信号检测方法, 推导了受光电检测器灵敏度限制的RFOG灵敏度公式, 并给出了考虑激光线宽和腔内偏振轴90°旋转的RFOG灵敏度修正公式。基于多光束干涉原理,分析了数字调相电压的误差和噪声对灵敏度的影响。仿真结果表明, 为获得高灵敏度, 针对不同的激光线宽应选取不同的FRR腔长, 偏振轴90°旋转熔接的两边长度差应为保偏光纤半拍长的奇数倍, 数字调相电压的噪声方均根值应小于0.22 V。该工作为高精度RFOG的设计提供了理论指导。
光纤光学 光纤陀螺 光纤环形谐振腔 灵敏度 激光线宽
基于保偏光纤的琼斯矩阵，建立了保偏光纤线圈的Faraday非互易相移模型，利用该模型进行计算发现：线圈保偏光纤的慢轴与快轴的Faraday非互易相移大小近似相等，但符号相反。并进一步提出了偏振环行干涉型保偏光纤陀螺(PCPM-IFOG)，它能使顺时针(CW)和逆时针(CCW)光在保偏光纤线圈中沿慢和快轴分别传输一次，因此顺时针和逆时针光总的Faraday非互易相移等于0，实现了Faraday非互易相移的完全抑制。500 m保偏光纤线圈的偏振环行干涉型保偏光纤陀螺的实验结果显示其输出与地球磁场无关，而对于相同传感线圈的干涉型保偏光纤陀螺，当磁场方角发生变化时，陀螺有约± 0.3°/h的Faraday零偏漂移。
光学器件 光纤陀螺 保偏光纤 Faraday非互易相移 偏置漂移 偏振环行
提出并理论证明了一个基于自差60 GHz接收机的光载无线通信(RoF)系统，克服了非相干光源的相位噪声问题，避免使用高速电光调制器件和锁相环。此RoF系统既支持高速数据传输，又简化了中心站(CS)和远端天线单元(RAU)。上下行链路采用光载基带和光载中频(IF)信号，提高了光链路的频谱利用率。下行链路用高速光电探测器(PD)光生60 GHz毫米波，终端用自差接收机消除相位噪声的影响，并直接得到接收基带信号。上行链路采用低速光电探测器探测直接得到基带信号，降低了中心站的造价，同时减少了光源数量。OptiSystem和Matlab模拟实验证明了下行和上行链路误码率(BER)为10-9时，光灵敏度性能分别提高7.1 dB和1.5 dB，实现了2.5 Gb/s信号在32.4 km的单模光纤(SMF)光链路上的无差错传输。
光通信 光载无线通信 60 GHz高速无线接入 自差接收机 光电探测器
分析了基于相位调制的两种不同RoF链路模型及其性能参数,分别推导得出了这两种不同RoF链路的链路增益GRF、噪声系数NF以及动态范围SFDR的表达式,并对两种链路的性能进行比较。经过仿真后可以证明两条链路中都存在一个最优的调制指数,使得链路的性能达到最佳,且利用马赫增德尔干涉仪(MZI)的链路性能要优于利用光纤色散的链路性能。
光载无线 相位调制器 链路增益 噪声系数 动态范围 调制指数 radio over fiber phase modulator RF gain RF noise figure SFDR modulation index
基于色散引起的双边带调制信号周期性功率衰落,提出了一种直接控制光纤长度来避免光纤色度色散对接收信号功率影响的新方法。从理论上证明了这个方法的可行性,并通过仿真分析比较了四种色散管理的方法,仿真结果表明,与其他三种方法相比,提出的直接控制光纤长度的方法不仅改善效果显著而且对光源中心频率和调制频率波动并不敏感,是解决WDM系统色散问题的一种有效、可靠的方法。
色度色散 色散管理 RoF RoF WDM WDM chromatic dispersion dispersion management
