【目的】近年来，数据通信量呈爆炸性增长，为了应对高速、高容量数据传输及网络应用场景多样化的需求，超100 Gbit/s密集波分复用（DWDM）混合组网作为一种高效的解决方案逐渐受到关注。文章通过对超100 Gbit/s DWDM混合组网的需求、关键技术及实际案例进行分析，为构建高容量、高效率的通信网络提供了技术支持和指导。
【方法】文章首先阐述了网络发展在容量扩展和支持复杂网络设计方面的需求，其次重点介绍了超100 Gbit/s混合组网的关键技术，包括星座图整形、频谱整形和灵活栅格技术等。其中，为支撑混合组网的业务速率设计，提供了一种用于级联掺铒光纤放大器（EDFA）通信系统的光信噪比（OSNR）计算方法，仅利用信道配置信息、发端信号光功率、EDFA的增益及噪声等相关参数，即可计算出整个链路中各个波长的输出OSNR。最后，结合海外某网络案例，根据实际链路OSNR评估情况，合理进行混合速率网络设计，论证了超100 Gbit/s DWDM混合组网在实际工程中的应用效果。
【结果】通过应用超100 Gbit/s DWDM混合组网，根据OSNR评估情况灵活配置传输速率和传输带宽，实现了200、600和800 Gbit/s混合速率网络部署，既满足了核心站点的大容量需求，也兼顾了边缘站点的长途大跨度需求，并在3年期间实现了网络的平滑升级和扩容。
【结论】实践证明，超100 Gbit/s DWDM组网能够有效提升网络容量、灵活性及频谱资源利用率，同时也为网络的持续演进提供了空间，是推进大容量光传输网络发展的重要手段。
超100 Gbit/s密集波分复用 混合组网 光信噪比 星座图整形 频谱整形 B100 Gbit/s DWDM hybrid network OSNR constellation shaping spectrum shaping 光通信研究
2024, 50(1): 23013701
大连理工大学光电工程与仪器科学学院，辽宁 大连 116024
针对宽谱连续波差分吸收激光雷达（DIAL）的特点，通过仿真不同大气条件下的激光雷达信号，计算分析宽谱DIAL气溶胶消光和后向散射效应引起的二氧化氮（NO2）质量浓度反演误差。研究结果表明：当大气气溶胶均匀分布时，NO2质量浓度反演误差主要取决于气溶胶消光效应，而后向散射效应引起的NO2质量浓度反演误差一般可忽略不计；当大气气溶胶非均匀分布时，气溶胶后向散射效应引起的NO2质量浓度反演误差依赖于气溶胶非均匀分布程度，且与波长指数成反比。此外，适当增大分段拟合距离可有效降低气溶胶后向散射效应引起的NO2质量浓度反演误差。利用光谱近似得到宽谱NO2-DIAL气溶胶消光和后向散射效应引起的NO2质量浓度反演误差的近似模型，通过对比模拟计算的结果，验证了近似模型评估NO2质量浓度反演误差的可行性。
大气光学 宽谱差分吸收激光雷达 沙氏成像原理 二氧化氮 气溶胶光学特性
1 大连理工大学光电工程与仪器科学学院，辽宁 大连 116024
2 河北工程大学数理科学与工程学院，河北 邯郸 056038
光声光谱技术作为一种超高灵敏度的气体检测技术，声波传感器作为核心部件直接影响着系统的体积和检测极限。传统光声光谱技术使用电容式麦克风作为声波探测单元，但该器件的电学特性易受到高温环境和电磁干扰影响。在全光学光声光谱系统中，利用光学声波传感器对光声信号进行探测，避免了电子探测元件的使用，具有环境适应性强、灵敏度高等优点，且系统中全光学的设计可以极大地减小光声传感单元的体积。综述了基于干涉型光学声波传感器的全光学光声光谱气体传感技术的研究进展，并展望了其未来的发展方向。
光谱学 光声光谱 全光学设计 气体检测 光纤声波传感 光学学报
2023, 43(18): 1899911
大连理工大学光电工程与仪器科学学院，辽宁 大连 116024
大气激光雷达已广泛应用于大气污染源水平扫描测量，而水平扫描测量激光雷达信号的消光系数边界值求解及廓线反演是其定量化应用的关键。针对这一问题，提出了一种基于改进的道格拉斯-普克（DP）算法确定消光系数边界值的新方法，并结合经典Klett方法实现水平扫描测量时的大气消光系数稳健反演。系统性地研究了经典DP算法在消光系数边界值求解时的性能及潜在的问题。在此基础上，提出将对数激光雷达信号与对应直线线段的偏离方差作为阈值控制手段，以替代经典DP算法中的最远距离阈值，从而更加准确地获取对数激光雷达曲线的线性区间，进而利用斜率法求解消光系数边界值。通过消光系数反演结果的对比分析，验证了改进DP算法的有效性。利用该方法反演的消光系数与周围空气污染监测站的PM10颗粒物浓度具有较高的相关性（>0.88）。研究结果表明，提出的改进DP算法可为水平扫描激光雷达信号的消光系数边界值求解和廓线反演提供有效的方法。
大气光学 沙氏激光雷达 道格拉斯-普克算法 边界值 消光系数 大气污染 中国激光
2023, 50(14): 1410002
大连理工大学光电工程与仪器科学学院，辽宁 大连 116024
根据沙氏成像原理，采用450 nm高功率二极管激光器作为光源，CMOS图像传感器作为探测器，研制了一种水体沙氏激光雷达，并利用该雷达系统实现了动态水体衰减系数测量。针对空气-玻璃-水体交界面的折射效应，对水体测量时的像素-距离关系进行修正。在实验室内，利用沙氏激光雷达系统对加入不同质量浓度脂肪乳(Intralipid)的水体进行探测研究，并利用斜率法及Klett法反演得到水体衰减系数。实验结果表明，沙氏激光雷达不仅可以捕捉水体动态变化过程，而且反演获得的水体衰减系数与加入的脂肪乳质量浓度具有良好的一致性，证明了沙氏激光雷达用于水体衰减系数定量探测的可行性，为下一步开放水域测量提供了参考。
遥感 沙氏激光雷达 沙氏成像原理 衰减系数 二极管激光器 水体探测 中国激光
2022, 49(12): 1210003
1 大连理工大学光电工程与仪器科学学院, 辽宁 大连 116024
2 西安理工大学机械与精密仪器工程学院, 陕西 西安 710048
二氧化氮(NO2) 是一种重要的大气污染物, 严重危害人体健康以及生态系统, 实现 NO2 浓度空间分布探测对大气环境监测与治理具有重要意义。作为一种主动式光学遥感探测技术, 差分吸收激光雷达 (DIAL) 技术可实现大气痕量气体水平和垂直空间分布探测、高架源排放气体监测等, 在大气环境监测领域具有重要应用价值。DIAL 技术通过可调谐激光器向大气中交替发射两束波长相近的激光, 一束激光的波长位于待测气体吸收峰 (λon) , 另一束激光的波长偏离待测气体吸收峰 (λoff) 。根据待测气体对波长为 λon和 λoff 的激光的吸收程度不同, 可通过分析大气后向散射信号的比值从而获得待测气体浓度。详细介绍了 NO2-DIAL 技术的基本理论及测量误差, 并系统性地回顾了 NO2-DIAL 技术的发展历程, 最后对 NO2-DIAL 技术进行了总结和展望。
大气光学 二氧化氮 差分吸收激光雷达 染料激光器 二极管激光器 沙氏成像原理 atmospheric optics nitrogen dioxide differential absorption lidar dye laser diode laser Scheimpflug imaging principle
1 南京电子器件研究所 微波毫米波单片集成和模块电路重点实验室，江苏 南京 210016
2 南京中电芯谷高频器件产业技术研究院有限公司，江苏 南京 210016
3 南京安太芯电子有限公司，江苏 南京 210016
报道了用于冰云探测的基于0.5 μm T形阳极砷化镓肖特基二极管薄膜集成电路工艺664 GHz次谐波混频器。为降低器件寄生参数，提升太赫兹频段电路性能，设计并分析了了T形阳极GaAs SBD器件结构，开发了厚度仅5 μm的薄膜电路工艺。混频器芯片组装成664 GHz接收模块，经测试室温下664 GHz最小双边带变频损耗达到 9.9 dB。
砷化镓肖特基二极管 薄膜电路 次谐波混频器 GaAs SBD membrane circuit sub harmonic mixer 红外与激光工程
2021, 50(3): 20210033
采用反向并联肖特基二极管对设计了一种330 GHz二次谐波混频器。混频器电路采用微带结构，使用波导-微带探针耦合的形式进行过渡；采用50 μm厚的石英作为基板，有效减小了电路体积；采用HFSS和ADS对电路进行仿真和谐波平衡仿真。仿真结果显示，混频器在310~350 GHz范围内的变频损耗优于9.5 dB，所需本振(LO)功率为3 dBm，有效降低了对本振的要求。
混频器 二次谐波 太赫兹 毫米波 mixer sub-harmonic terahertz millimeter wave 太赫兹科学与电子信息学报
2019, 17(1): 24
大连理工大学光电工程与仪器科学学院, 辽宁 大连 116024
沙氏大气激光雷达技术是近几年来发展起来的一种新型大气激光雷达技术。该技术以高功率连续波二极管激光器作为光源, 图像传感器作为探测器, 在满足沙氏成像原理的条件下实现了对大气回波信号的距离分辨探测。介绍了沙氏大气激光雷达技术的基本原理、技术特点、系统结构及大气回波信号处理的一般方法。总结了近年来沙氏大气激光雷达技术在大气气溶胶及大气气体浓度分布探测等方面的研究进展, 并分析了当前面临的主要挑战。最后对下一步研究工作及未来发展进行了展望。
大气光学 激光雷达 气溶胶探测 差分吸收激光雷达 遥感和传感器 二极管激光器 图像传感器 激光与光电子学进展
2018, 55(9): 090004
