储备池计算是一种适合处理时序信号的简单高效的机器学习算法。相比在传统电子计算机上用软件实现的方式, 储备池计算在光器件上的实现方式将更有利于超高速和超低功耗的信息处理。介绍了储备池计算的基本原理, 从输入层、储备池和输出层三个方面介绍了储备池计算硬件实现方案的研究进展, 指出了储备池计算硬件实现方案发展中存在的问题, 并展望了其未来发展趋势。

为了能够同时检测多个开关的状态, 提出了一种基于光反馈半导体激光器的多开关状态检测系统.该系统由半导体激光器、多开关传感网络和数据采集与处理单元组成.多开关传感网络包括多个反馈光路, 每个光路由耦合器、光纤和强度反射式光开关构成.所有开关都闭合时, 系统没有反馈, 激光器输出连续光.当有开关被打开时, 光反馈使系统工作在混沌状态.根据系统输出信号的自相关曲线中与各开关位置对应处的峰值是否大于预设阈值来判断开关的状态, 通过编程令其它位置处的峰值为零来消除干扰峰.搭建了3个开关的实验系统, 分别对不同开关状态下的系统进行检测, 结果表明该系统可以准确检测单个或多个开关的状态.

双向半导体光放大器(SOA)光纤环形混沌激光器输出波形呈帧型结构，相邻帧波形具有相似性且受到外界扰动时其相似性下降。为了获得相似性高且一致性好的混沌波形以准确检测扰动的发生，实验研究了影响该激光器相邻帧相似性的各种因素，包括SOA 性能及其驱动电流、系统结构的对称性、输出耦合比以及光纤环长。以相邻帧互相关峰值的平均值考察其相似性，最大偏差衡量其一致性。结果发现，具有偏振保持特性的光功率放大器(BOA)是最适合的有源器件，且其驱动电流越大，相邻帧相似性越好。只要调整偏振控制器使得输出混沌波形呈连续窄带谱的类正弦信号，则系统结构的对称与否、耦合比和光纤环长都不影响其相邻帧的相似性，但光纤环长却影响系统的灵敏度。考察了系统的工作稳定性，5 min 左右相邻帧相似性的波动在10-3 量级。

从各种扰动随时间变化的共性出发,对光纤扰动分布传感技术进行了分类,并对其系统结构、检测原理、定位方法、技术特点和应用领域进行了分析。对光时域反射(OTDR)型和干涉型两种常见的光纤时变扰动分布传感(TDDS)技术做了较全面的介绍,对新型的混沌有源光纤时变扰动分布传感技术做了较详细的描述,着重说明各种研究方案的扰动定位方法的原理、优缺点及最新的进展。最后指出,提高系统的检测实时性和抗干扰能力并降低系统的误报率是光纤时变扰动分布传感技术实用化研究的主要方向。

提出一种基于半导体光纤环形激光器的混沌光纤围栏系统。在该系统中,激光器输出为具有帧结构的偏振混沌光,环形激光器中的一段光纤用作传感光纤。任意位置的入侵都会改变光纤的双折射分布状态,引起环形激光器初始状态的改变,由于混沌对初值的敏感性,激光器输出波形即刻被改变。通过相邻帧输出波形的互相关检测可实现入侵的检测。利用混沌环形激光器输出波形的帧型特点实现入侵定位的空间时间转换。利用入侵位置与帧间互相关峰值的对应关系实现入侵的定位。该方法实时性好,抗干扰性强,检测结果不受周围环境变化影响。实验结果表明,在3 km左右的监测范围内定位误差约45 m,相对误差5%,且检测结果重复性良好。

研究了不同注入电流、不同输出偏振度下，半导体光纤环形激光器输出光的混沌特性.分别采用时域观察法、C-C法、Wigner-ville分布时频分析法、最大Lyapunov指数法联合分析输出光的时域、频域统计特性.从而将激光器输出按偏振度划分为三类：偏振度在0%到20%，随着电流的增大，激光器输出偏振混沌激光，其类型发生阶跃性跳变;偏振度在30~80%，激光器输出仍以偏振混沌激光为主，其类型不随电流增大而发生跳变;偏振度趋于90~100%，激光器输出以强度混沌激光为主，偏振混沌光随着偏振度趋向100%而下降为零.利用虚假邻点法计算嵌入维数和回归图法重构吸引子，得到上述三种输出类型的复杂程度依次是：椭圆吸引子（6维）、方形吸引子（7维）、点形吸引子（5维）.由此得出，半导体光纤环形激光器用于偏振混沌通信的最佳区域为：偏振度处于30%至80%,注入电流处于330 mA~550 mA.

仿真并分析了基于半导体光放大器全光偏振调制的双信道光传输系统模型.该系统分别利用两级半导体光放大器的交叉偏振调制效应(XPolM)，将两路独立的强度调制的抽运光变换到一路探测光的两个正交的偏振态上，实现双通道偏振复用的全光数据传输.首先对单个半导体光放大器的动力学过程进行了理论分析，数值计算了具有不同抽运光功率的半导体光放大器对探测光偏振态的影响，进而对双半导体光放大器偏振复用系统的调制/解调原理进行了分析，模拟仿真了双半导体光放大器的双通路偏振复用的调制及解调过程，仿真结果与实验结果相符.

提出了一种直线式萨尼亚克(Sagnac)干涉仪入侵检测系统。该系统通过传感光纤末端连接法拉第旋转镜(FRM)构成直线式检测结构，可用作各种区域的光纤围栏。实验证实人行走引起的干涉输出是宽频信号，可利用求入侵信号零点频率的方法进行定位。对入侵引起的干涉信号的频谱分析发现，在特定条件下其与內嵌的入侵信号呈倍频关系。因此，提出由干涉信号的零点频率除以2得到入侵信号零点频率的方法，不必再用相位生成载波(PGC)技术对入侵信号进行解调。数值计算证明了该方法的可行性。把噪声信号驱动的压电陶瓷(PZT)调制器串接进传感光纤进行实验室模拟实验。传感光纤长11 km时平均定位误差为170 m，相对误差为1.5%。这表明利用获取零点频率的方法，该系统能较好地定位入侵。

基于级联半导体光放大器(SOA)的双信道偏振态位移键控(PolSK)光传输系统, 以两种不同码型、码率和时延参数的数据调制光对系统的交叉偏振调制(XPolM)特性进行数值建模和仿真研究。研究结果表明双信道PolSK光传输系统的两偏振复用信道完全独立, 能够同时传输两组具有不同类型、码率和时钟的数据信号, 具有良好的双信道数据的偏振复用与解复用性能与已有实验相符。通过仿真研究观察到在高码率数据调制情况下, 偏振调制信号光会出现码型效应以及信号光相位的时间变化所产生的复杂的频率啁啾现象。