西安邮电大学电子工程学院，陕西 西安 710121
提出一种高平坦宽带光学频率梳（OFC）信号产生方案，对高平坦、宽带电光频梳信号产生机理与方法开展了理论研究与仿真分析。在仿真分析中，利用双驱动马赫-曾德尔调制器产生光频梳信号，利用相位调制器进一步提升梳状线的数量，最后通过联合优化马赫-曾德尔调制器的驱动信号功率和直流偏置电压来提高平坦度。仿真结果显示，该方案可产生带宽为1.08 THz的宽带光频梳信号，音噪比（TNR）达到60 dB、平坦度达到0.5 dB。将所提方案应用于光载太赫兹通信系统，通过仿真验证了单通道及多通道16阶正交幅度调制（16QAM）太赫兹信号在背对背（BTB）或10 km光纤传输情况下的传输性能。结果表明，上述每种情况下的误码率都低于前向纠错码的阈值。
光频梳 马赫-曾德尔调制器 相位调制器 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0522002
1 安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽 淮南 232001
2 中国矿业大学信息与控制工程学院，江苏 徐州 221008
针对光照不均的叶部病害图像，提出一种非线性全局亮度校正的自适应增强算法。首先对原始图像进行高斯滤波和自适应均衡化预处理，将色彩空间转至HSV；使用多尺度Retinex算法估计出V分量的光照分量，结合最大类间方差分割法（OTSU）计算出的亮暗区域的最佳分割阈值和构造的非线性亮度校正函数，将亮暗区域的亮度分别自适应调整，再和原始V分量融合得到校正后的V分量；对HSV空间的S分量进行gamma校正，重组还原成RGB图像。实验结果表明，该算法能有效降低光照不均对图像的影响，在暗区域增强的同时保障了亮区域的自适应增强，提升了图像的清晰度和亮度的均匀性，相对于限制对比度自适应直方图均衡化算法（CLAHE）、非线性校正算法和彩色恢复多尺度Retinex算法（MSRCR），在平均梯度、信息熵、峰值信噪比和结构相似性方面性能更优。
图像处理 光照不均匀 OTSU Retinex 图像增强 非线性校正 激光与光电子学进展
2023, 60(16): 1610002
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory for Information Science of Electromagnetic Waves (MoE), Fudan University, Shanghai 200433, China
2 Purple Mountain Laboratories, Nanjing 211111, China
3 Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China
4 Xi’an University of Posts and Telecommunications, Xi’an 710121, China
The terahertz photonics technique has bright application prospects in future sixth-generation (6G) broadband communication. In this study, we have experimentally demonstrated a photonics-assisted record-breaking net bit rate of 417 Gbit/s per wavelength signals delivery in a fiber-wireless converged communication system supported by advanced digital-signal-processing (DSP) algorithms and a polarization multiplexing-based multiple-input multiple-output (MIMO) scheme. In the experiment, up to 60 GBaud (480 Gbit/s) polarization-division-multiplexing 16-ary quadrature-amplitude-modulation (PDM-16QAM) signals are transmitted over 20 km fibers and 3 m wireless MIMO links at 318 GHz with the bit error rate (BER) under . It is the first demonstration to our knowledge of signals delivery exceeding 400 Gbit/s per wavelength in a photonics-assisted fiber-wireless converged MIMO communication system.
terahertz photonics technique fiber-wireless converged communication digital signal processing THz-band photonics-assisted technique Chinese Optics Letters
2023, 21(7): 073901
1 西安邮电大学电子工程学院，陕西 西安 710121
2 西安邮电大学微波光子学与光通信西安市重点实验室，陕西 西安 710121
提出一种以新型聚合物Topas作为基底材料的类摩天轮型多孔芯光子晶体光纤。利用时域有限差分法对光纤的双折射率、损耗及色散等特性进行数值模拟。结果表明：该光纤在3~6 THz的工作频段内可提供10-1数量级的双折射率，在4 THz处达到0.1085的超高双折射率、10-1 dB/cm的总损耗、10-16 dB/cm的极低限制损耗和2.4×10-14 dB/cm的低弯曲损耗；该光纤在3~5.5 THz频率范围内拥有近零色散值，为±0.11 THz-2·cm-1。该光纤的良好特性对太赫兹光器件以及偏振传感等领域的发展具有促进作用。
光纤光学 太赫兹 光子晶体光纤 高双折射率 平坦色散 光学学报
2023, 43(10): 1006002
西安邮电大学电子工程学院，陕西 西安 710121
为提高光纤无线电（RoF）系统的传输性能，提出了一种基于概率-几何混合整形的圆形正交振幅调制（PS-GS-Cir-MQAM）矢量太赫兹信号传输方案。在Matlab和VPI环境下联合仿真分析了130 GHz波段PS-GS-Cir-MQAM信号在强度调制器（IM）和同相/正交（I/Q）调制器级联的RoF系统中信号的传输性能，并比较分析了信号的误码性能在不同整形方法后的改善效果。结果表明，提出的PS-GS-Cir-MQAM太赫兹信号的误码性能均优于其他三种整形格式。其中PS-GS-Cir-32QAM信号的误码性能提升效果最为明显，相比其他三种整形格式，分别提升了0.88、1.40、2.48 dB的信号功率增益。尤其是在克服光器件和光纤的非线性效应方面，PS-GS-Cir-MQAM的矢量太赫兹信号具有更大的传输优势。
光纤光学与光通信 矢量太赫兹信号 混合整形 概率整形 几何整形 非线性效应 激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0906001
1 深圳综合粒子设施研究院，广东 深圳 518107
2 中国科学院 大连化学物理研究所，辽宁 大连 116023
深圳中能高重频X射线自由电子激光（S3FEL）将建设成为全球唯一软X射线波段的高重频自由电子激光。废束桶是S3FEL装置的重要设备，在系统调束中发挥着重要作用。废束桶束窗是废束桶的重要组成部件，用于隔离和保护加速器超高真空环境。本文对几种常用的废束桶束窗材料进行了对比分析，最终选择铍作为束窗的材料，并依此设计了一种带有水冷结构的束窗。通过蒙特卡罗方法计算得到不同厚度束窗的沉积功率，采用有限元分析方法对不同厚度的束窗进行热结构计算与分析，得到厚度为1.6 mm的水冷铍窗效果最佳，其最大温度为121.6 ℃，低真空为1 Pa时的最大应力与中心变形分别为198.7 MPa和0.00082 mm，低真空为101325 Pa时的最大应力与中心变形分别为204.2 MPa和0.097 mm，结果均满足使用要求。此研究为S3FEL的废束桶束窗设计提供了重要的理论依据。
自由电子激光 高重频 废束桶 束窗 有限元分析 free electron laser high repetition frequency dump beam window finite element analysis 强激光与粒子束
2023, 35(3): 034001
1 西安邮电大学通信与信息工程学院，陕西 西安 710121
2 西安邮电大学电子工程学院，陕西 西安 710121
灵活光发射机可根据不同应用场景需求软定义信号的调制格式，从而进一步优化光信号的传输性能。本文提出了一种基于双平行马赫-曾德尔调制器（MZM）和单MZM级联的灵活高阶正交幅度调制（QAM）光发射机方案，理论分析了圆形16QAM、4幅4相16QAM、圆形32QAM以及4幅8相32QAM光信号产生与自适应切换的原理与方法。在虚路径标识符（VPI）仿真环境下，分别验证了上述4种信号在5 Gbaud和10 Gbaud调制速率下的产生和传输性能。结果表明，通过灵活配置发射机的驱动信号（二进制或四进制）与直流偏置电压，可实现8/16/32QAM信号间的自由切换，同时，生成的上述4种信号经一定长度单模光纤传输后具有良好的信噪比。
光纤光学与光通信 双平行马赫-曾德尔调制器 正交幅度调制 调制格式切换 激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0506003
1 中国林业科学研究院资源信息研究所，北京 100091
2 国家林业和草原局林业遥感与信息技术重点实验室，北京 100091
针对无人机影像中红树林单木目标较小且分布密集，对其检测时自动化程度不高、效率低等问题，基于深度学习方法提出了一种红树林单木目标检测模型（YOLOv5-ECA），以实现对无人机影像中红树林单木快速、精确的自动识别和定位。首先利用开源软件LabelImg在选取的无人机影像上依次标注目标树，构建红树林单木数据集；其次选择YOLOv5为基础目标检测模型，依据目标分布密集且尺寸较小的特点对其进行优化和改进；使用有效通道注意力（ECA）机制对CSPDarknet53骨干网络进行改进，避免降维的同时增强特征表达能力，并在SPP模块引入SoftPool改进池化操作，保留更多细节特征信息；最后利用ACON自适应激活函数自适应地决定是否激活神经元。结果表明：使用已构建的数据集对改进前后的网络进行训练，在测试集上对比准确率、召回率、平均精准度的均值（mAP）@0.5等参数，各模型略有差异但均趋于收敛；所提YOLOv5-ECA的平均检测精度较YOLOv5提高了3.2个百分点，较YOLOv4提升了5.19个百分点，同时训练损失也更低，能够快速、精准且自动化地检测红树林单木目标，较好地提升了对红树林单木的识别和定位能力。
红树林单木 无人机影像 深度学习 目标检测 YOLOv5-ECA 激光与光电子学进展
2022, 59(18): 1828003
1 西安邮电大学 电子工程学院，陕西 西安 710121
2 西安理工大学 理学院，陕西 西安 710048
本文提出了一种以环烯烃共聚物（Cyclic Olefin Copolymer，COC）为基底的超低损耗高双折射空芯反谐振太赫兹光子晶体光纤，该光纤的包层由两组（共六个）无节点嵌套管组成。采用时域有限差分法（Finite Difference Time Domain method，FDTD）结合完美匹配层（Perfectly Matched Layer，PML）边界条件对其导波特性进行分析。仿真结果表明，在0.8~1.35 THz范围内，总传输损耗小于0.1 dB/m，双折射大于2.12×10-5，色散为±0.027 ps/THz/cm。在1.12 THz处，最低总传输损耗仅为0.543×10-2 dB/m，双折射值为2.06×10-4。同时，分析了该光纤的弯曲性能，表明在y方向，当弯曲半径超过19 cm时，弯曲损耗小于0.1 dB/m，具有良好的弯曲性能。
空芯反谐振光纤 太赫兹 高双折射 低损耗 Hollow-core anti-resonant fiber terahertz high birefringence low loss
1 西安邮电大学通信与信息工程学院, 陕西 西安 710121
2 西安邮电大学电子工程学院, 陕西 西安 710121
为解决未知概率整形因子信号的自适应相位恢复问题,提出了一种基于K-means聚类的自适应相位恢复算法。通过理论分析与数值仿真,验证了基于K-means聚类进行星座点模值半径重定位的可行性,将K-means聚类与前馈式载波相位恢复算法相结合,解决了概率整形信号经归一化处理后存在的星座点相对放大的问题,实现了未知概率整形因子信号相位的自适应恢复。对该算法在不同光信噪比、不同激光器线宽下的16正交幅度调制(QAM)与64QAM信号进行了分析,结果表明所提算法不仅可用于未知概率整形因子下信号的相位恢复,还可用于均匀QAM信号的相位恢复。所提算法在星座点模值的重新定位中考虑了噪声的影响,在相同的测试相位数量下可以实现更高精度的相位补偿,对于均匀QAM信号的光信噪比容忍度提升了约1 dB。
光通信 概率整形 载波相位恢复 K-means聚类
