作为重要微波介质材料之一,Al2O3陶瓷介电性能优良,在微波电路方面得到广泛应用。但Al2O3陶瓷的烧结温度较高,制备工序需消耗大量能源。低成本降低烧结温度对Al2O3陶瓷的进一步发展具有重要意义。本论文通过MnO2-CuO-TiO2掺杂实现了Al2O3陶瓷的低温烧结,并对其烧结行为和微波介电性能进行了研究。结果表明,MnO2、CuO、TiO2的质量分数分别为0.7%、0.5%、0.8%时,复合掺杂可以大幅降低Al2O3陶瓷的烧结温度,所获陶瓷具有良好的微波介电性能。在烧结温度为1 250 ℃时,Al2O3陶瓷的密度可达3.92 g/cm3,介电常数εr=10.02,品质因子与谐振频率的乘积Q×f值为51 239 GHz。Ti4+、Mn4+、Cu2+固溶导致Al2O3晶格扭曲活化,以及低共熔物形成是促进Al2O3陶瓷低温烧结的原因。

多脉冲位置调制联合正交相移键控(MPPM-QPSK)在接收机灵敏度方面具有明显优势,均衡算法可以有效优化数字相干光通信系统中信号带宽受限和码间串扰带来的影响,提高信号的传输质量。针对恒模算法仅能优化MPPM-QPSK中QPSK部分的问题,对两模均衡算法的内圈参考模值进行改进,提出了一种内圈模值不为0的两模均衡算法。将该算法应用到10 Gbit/s单载波高斯成形和Nyquist成形的MPPM-QPSK相干光通信系统中,并对其内圈模值、抽头数和步长等参数进行优化。实验结果表明,相比使用传统两模算法的系统,本系统的接收机灵敏度优化了约0.1 dB。当脉冲数m=2,4,8,16时,相比不加均衡算法的系统,本系统的接收机灵敏度分别优化了0.9 dB,0.6 dB,0.5 dB,0.4 dB。

在空间光通信系统中,激光在大气中传输时容易受湍流效应影响,且接收端往往使用模场半径极小的单模光纤进行空间光耦合,导致光纤耦合效率降低,影响通信系统性能。为了提高接收端光纤耦合效率,结合随机并行梯度下降(SPGD)算法和少模光纤耦合解复用系统对动态湍流所引起的波前相位畸变进行补偿校正,并实现了传输距离为5 km的空间光通信数值仿真。仿真结果表明:在不同的湍流强度和风速条件下,未经SPGD算法校正时,两模光纤的耦合效率比单模光纤提高了0.5 dB~1.5 dB,相对标准差降低了0.03~0.4;经过SPGD算法校正后,两模光纤的耦合效率比单模光纤提高了0.4 dB~2.2 dB,中强湍流下,相对标准差降低了0.1~0.2。因此在空间光通信中,采用少模光纤进行耦合接收比单模光纤具有更好的耦合效果,有利于提高通信系统稳定性。

分析时钟恢复算法中环路滤波器比例增益系数对系统误码率的影响时发现,信号的误码率随比例增益系数的增大呈先减小后增大的变化趋势,且不同接收光功率下的最优比例增益系数不同。针对该问题,提出并实现了一种基于Gardner算法的全实时化动态比例增益系数全数字时钟恢复算法,以应对功率抖动信道并提高算法的灵敏度。此外,在基于Altera Stratix-V 5SGXMA7K2F40C3 FPGA平台的2.5 GBaud正交相移键控调制相干通信系统中对该算法进行了在线实验验证。以KP4中的前向纠错码门限2×10 ^-4为上限,当功率抖动频率较慢时,动态参数法能将系统到达该误码门限的最低接收光功率由固定参数法的-47 dBm降低至-49.5 dBm;当功率抖动频率较快时,固定参数法能承受最低功率为-46.5 dBm、抖动频率为100 Hz的抖动,而动态参数法能承受最低功率为-50 dBm、抖动频率为1 kHz的抖动。

提出并通过实验验证了一种新颖的带内光信噪比(OSNR)监测技术，该技术利用商用的大带宽可调谐光带通滤波器进行采样，将得到的光功率测量值作为高斯过程回归(GPR)的输入特征值，能够准确地估计出大动态范围OSNR 值，并且不受光链路的配置影响，具有分布式低成本的特点。针对32 Gbaud PDM-16QAM 信号的实验结果表明，在-1dB~30 dB 的大OSNR 范围内，光信噪比监测的均方根误差(RMSE)为0.429 dB，平均绝对误差(MAE)为0.294 dB。此外，本文提出的技术被证明对色散、偏振模色散、非线性效应和级联滤波效应(CFE)均不敏感。实验表明，本文提出的技术有潜力被用于在传输信息未知的情况下对中间节点实施链路监控，且由于不需要校准而更易于操作。

传输质量(QoT)预测在光网络中日趋重要, 机器学习成为今后实现光网络中QoT预测的重要手段。提出一种基于机器学习分类器的QoT预测技术。通过传输方程生成所需的数据, 用于之后的分类器训练和性能测试, 并仿真验证了K最近邻(KNN)、逻辑回归(LR)和支持向量机 (SVM)这3种常用的分类器的性能。仿真结果表明: 相较于传统的QoT估计方法, 基于机器学习的方法在有效地降低计算复杂度的前提下, 还能提供相当高的预测精度, 是一种具有广阔应用前景的QoT估计新方案。

为了对西藏人烟稀少地区和单跨段传输距离很长的光纤链路进行检测，文章提出一种用于提高线性调频（LFM）光时域反射仪（OTDR）空间分辨率和测量距离的方法。该方法通过产生一个调频范围为200 MHz、脉冲宽度为20 μs的强度调制模拟LFM信号来实现高的空间分辨率和大的探测距离。使用该方法在西藏地区的实际光纤传输链路中进行了实验测试，实验结果表明，该方法能够在长度为240 km的光纤链路上实现0.000 53 km的空间分辨率，与相同测量参数的单脉冲OTDR相比，动态范围提高了8.5 dB。

针对现有的光时域反射仪(OTDR)在监测带有掺铒光纤放大器(EDFA)的长途多跨段光纤链路时, 为克服EDFA增益的波动需增加一个额外的补光来保持功率稳定的问题, 文章基于线性调频OTDR提出了一种无需补光穿越EDFA的长途多跨段光纤监测技术。该技术利用线性调频准连续光作为探测光, 可以避免EDFA增益的波动。同时通过分数域傅里叶滤波来去除级联EDFA累积的自发辐射白噪声, 从而提高接收信号的信噪比。实验结果表明, 该技术能够准确地测出中长途多跨段光纤链路中EDFA和连接点处的反射事件。

为了解决超长跨距光纤传输的损耗测量的问题，提出一种新型基于数字线性调频-光时域反射(DLFM-OTDR)的测量方法,该方法能解决最大测量距离和空间分辨率之间的矛盾。DLFM-OTDR在发射端和接收端分别采用直接调制和直接检测，结构简单，不需要额外的光学器件，并且引入短时分数阶傅里叶变换(STFrFT)进行信号处理和噪声滤波。使用DLFM-OTDR开发板在实际光纤传输链路中进行了实验测试，以光纤链路长度为2×150 km的测量结果为例进行了分析，实验结果表明:DLFM-OTDR特别适合在单跨段很长的情况下，实现超长光纤链路的监测。