1 广东东软学院 计算机学院, 广东 佛山 528225
2 南昌工程学院 江西省协同感知与先进计算技术研究所, 南昌 330003
提出了一种主动共存的增强型光束扩展器——ACEX-RE。该ACEX-RE由集成的一对混合光放大器(EDFA和SOA)和共存元件(CEX)模块组成, 该模块与OLT系统一起安装在中央交换机(CO)上, 分别作为下行和上行光信号的增强器和前置放大器。在下行波长和上行波长分别为1577和1270nm的情况下, 对GPON和TWDM-PON共存的XGS-PON系统进行性能测试。结果表明, 提出的ACEX-RE能够支持多速率XGS-PON的最大运行距离为35km, 分束比为1∶128, 链路损耗为44dB。
光束扩展器 主动共存 下一代PON系统 光纤通信 beam expander active coexistence next generation PON system XGS-PON XGS-PON optical fiber communication
1 陆军工程大学石家庄校区电子与光学工程系, 石家庄 050003
2 32181部队, 石家庄 050003
3 中国卫星海上测控部, 江苏 江阴 214400
为了更准确地反映湍流的实际特征，在光波的大气传输模拟中应采用修正大气折射率谱模型.本文针对该谱模型提出了一种高精度湍流相位屏生成方法.通过改变模型在低频区的采样设置，实现了基于修正大气谱的湍流相位屏高精度生成.通过与原始FFT法、次谐波法以及改进前的优化方法相比发现，本文提出的改进后的优化方法能将相位屏低频区域的最大相对误差从改进前的6.75%减小到1%，作为比较，原始FFT法在低频区的最大相对误差为22.99%，次谐波法为16.81%.利用该方法所生成的相位屏对高斯光束在湍流中的传输进行了模拟并对光束扩展和光束漂移等二阶统计特性进行了估计.结果表明，在弱扰动条件下，模拟结果和理论预测的结果是一致的；在强扰动条件下，随着距离的增加，模拟结果与理论结果偏差越来越大，其中光束扩展与理论预测的偏差最大可达6 cm，而光束漂移可达1 cm，这是由于理论模型无法预测漂移饱和现象而导致的.在与Von-Karman谱的模拟结果比较时发现，修正大气谱估计的光束扩展大于Von-Karman谱的估计且在光束漂移的预测中比Von-Karman谱更快的达到饱和，这正是修正大气谱高波数处存在"凸起"的结果.本文提出的方法生成的相位屏能够有效的表征实际大气的折射率扰动特性.
大气湍流 湍流相位屏 长期光束扩展 短期光束扩展 光束漂移 Atmospheric turbulence Turbulence phase screen Long-term beam spread Short-term beam spread Beam wander
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气光学重点实验室,合肥 230031
2 中国科学技术大学 研究生院科学岛分院,合肥 230026
采用多层相位屏的数值仿真方法,综合考虑大气衰减效应和湍流效应,研究了不同湍流强度和不同源相干度条件下超连续谱激光的光束扩展、光斑漂移以及闪烁特性,并对比分析了超连续谱激光传输与单色激光传输特性的差异.结果表明：湍流越强或源相干度越好,超连续谱激光的相对光束扩展越严重；湍流愈强,光斑漂移愈严重,但不同源相干度的超连续谱激光的质心漂移方差几乎相等；降低超连续谱激光的源相干度可以在一定程度上减弱光强起伏的闪烁效应,并降低闪烁指数对离轴距离的依赖性；与单色激光相比,湍流对超连续谱激光的光束扩展以及闪烁效应影响较弱,而质心漂移效应两者差异不明显.单色激光大气传输的数值仿真结果与理论解析结果基本吻合,在一定程度上说明了数值仿真过程的可靠性.该研究不仅提出了一种获得超连续谱激光大气传输特性规律的有效仿真手段,而且为超连续谱激光传输的工程应用提供参考.
超连续谱激光传输 数值仿真 光斑漂移 光束扩展 大气湍流 光强闪烁指数 Super-continuum laser propagation Numerical simulation Beam wandering Beam spreading Atmospheric turbulence Intensity scintillation index 光子学报
2019, 48(10): 1001002
山东理工大学物理与光电工程学院, 山东 淄博 255049
以经过圆形孔径截断的 Bessel涡旋光束和Bessel-Gauss涡旋光束为例,数值模拟了近似无衍射涡旋光束在湍流大气中传输时引起的光束扩展和畸变光场中相位奇点的变化。仿真结果表明,与Bessel涡旋光束相比,Bessel-Gauss涡旋光束由大气湍流引起的束宽扩展较小,且在一定条件下其相位奇点代数和与入射涡旋光束的拓扑荷数保持一致;在远距离传输时,Bessel-Gauss涡旋光束相位奇点代数和的起伏偏差远小于Bessel涡旋光束。 Bessel-Gauss涡旋光束在自由空间光通信中作为信息载体具有较大的优势。
大气光学 无衍射涡旋光束 数值模拟 光束扩展 相位奇点
国防科技大学 脉冲功率激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230037
设计了综合斜程传输和光束扩展影响下的相位屏组来模拟光束经大气层斜程传输后产生的波前畸变, 先利用功率谱反演法和次谐波补偿法生成垂直传输路径的相位屏, 再结合斜程大气传输理论对相位屏进行斜程修正, 得到适用于模拟斜程大气湍流影响的相位屏。通过数值分析对比了斜程相位屏与垂直路径相位屏相位结构函数的差别。结合光束扩展情况计算每个高度区间对应的波前畸变空间分布, 建立了相位屏组模型, 最后得到接收光波面各位置的相位分布。
大气湍流 波前畸变 相位屏组 斜程传输 光束扩展 atmospheric turbulence wavefront aberration phase screen group oblique propagation beam propagation 红外与激光工程
2019, 48(4): 0404003
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 光电对抗测试评估技术重点实验室, 河南 洛阳 471003
采用高能激光大气传输四维仿真程序模拟计算了高功率固态激光在非Kolmogorov湍流大气中聚焦传输时的湍流与热晕效应。数值分析了接收平面处光斑的63.2%环围能量半径、光束质量因子随非Kolmogorov湍流谱指数α和传输起伏强度D/r0的变化,比较了非Kolmogorov湍流与Kolmogorov湍流条件下激光传输结果的相对偏差。结果表明:非Kolmogorov湍流谱指数α越小,湍流效应和湍流热晕综合效应导致的光斑扩展越大,光束的能量集中度越低;已建立的描述聚焦高斯光束大气传输光束扩展的定标关系式在非Kolmogorov湍流条件下不再成立;在传输参数条件下,仅考虑湍流效应时,非Kolmogorov湍流与Kolmogorov湍流下光斑半径的相对偏差最大值可达87.7%,存在热晕时的最大相对偏差达43.7%,可见热晕降低了两种情况下传输结果的相对偏差。
大气光学 光束扩展 数值模拟 非Kolmogorov湍流 热晕效应
西安理工大学 自动化与信息工程学院, 西安 710048
基于Andrews和Philips的经典漂移方差模型, 结合部分相干艾里光的交叉谱密度函数和Tatarskii功率谱, 推导出部分相干艾里光在大气中传输时的光束扩展和漂移解析式, 对比分析了不同的衰减因子、湍流强度和相干度等参数对部分相干艾里光的光束扩展和漂移的影响, 并与高斯光束所得结果进行了比较.研究表明: 衰减因子、湍流强度和相干度等对光束漂移影响较大, 当它们的取值增大时, 漂移越严重; 内尺度对光束漂移几乎没有影响; 在相同的条件下, 艾里光束的光束漂移要比高斯光束小两个数量级, 且其本身具有自恢复特性和较强的抑制湍流特性.
大气光学 部分相干艾里光 交叉谱密度函数 大气湍流 光束扩展 光束漂移 Atmospheric optics Partially coherent Airy Cross-spectrum density function Atmospheric turbulence Beam spreading Beam wander
西安理工大学 自动化与信息工程学院, 西安 710048
本文在考虑湍流内外尺度的情况下, 对部分相干高斯谢尔模型光束在大气湍流中的传输特性进行了研究.主要采用考虑湍流内外尺度的修正Von Karmon谱模型, 推导了部分相干光在大气湍流中的平均光强分布、光束扩展均方根束宽和漂移方差的解析式.对比分析了不同湍流强度情况下, 湍流内外尺度对部分相干光在大气湍流中水平和斜程路径上传输特性的影响.结果表明: 相同条件下, 光束在大气湍流中传输时, 沿斜程传输时的抗湍流能力强于水平传输; 相比于大气湍流内尺度, 大气湍流外尺度对光束漂移影响较大, 外尺度对光束扩展与光强分布的影响较小, 当湍流外尺度增大时, 漂移现象会越来越严重; 相比于大气湍流外尺度, 湍流内尺度对光束扩展与光强分布的影响较大, 当内尺度减小时, 光束扩展现象越来越严重, 光强分布也更分散, 内尺度对漂移几乎无影响.
大气光学 大气湍流尺度 光强分布 光束扩展 光束漂移 Atmospheric optics Optical communications Scale of atmospheric turbulence Intensity distribution Beam width Wander variance
西安理工大学自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
根据广义Huygens-Fresnel原理和修正von Karman谱模型，推导得到无线光通信系统中相互独立的部分相干高斯谢尔模型(GSM)阵列光束在大气湍流中传输时的光强分布、均方根束宽和桶中功率解析式，并对不同因素影响下的自耦合特性、光束扩展和桶中功率进行了数值分析。结果表明，部分相干GSM阵列光束在大气传输过程中，当到达某一距离时多束光能合成一个平顶光束，再演变为高斯光束，且阵列光束在大气湍流中的自耦合特性比在自由空间中好；湍流外尺度对光强分布、光束扩展影响很小，可以忽略；部分相干GSM阵列光束与部分相干单GSM光束相比，具有更强的抑制湍流特性，有利于实现远距离通信。
光通信 部分相干阵列光束 大气湍流 光强分布 光束扩展 桶中功率 激光与光电子学进展
2016, 53(10): 100601
海军工程大学兵器工程系, 湖北 武汉 430033
水下连续光成像系统在海洋探测领域具有广泛的应用,但其成像距离受到水体衰减作用的限制,通常使用衰减系数较小的蓝绿光作为水下成像系统的照明光源。以一种已知粒径分布的水体为算例计算了水体对于蓝绿光波段不同波长光的吸收和散射系数,分析了水下连续光成像系统的后向散射光噪声对于其成像质量的影响,研究了目标反射光信号和水体后向散射光噪声与光波长之间的关系,提出使用光束扩展系数来间接评价水下连续光成像系统的成像质量。仿真结果表明:不同波长的光在水体中所形成的后向散射光噪声不同,对于已知粒径分布的水体而言,存在着使光束扩展系数为最小值的光波长,可以将其视为水下连续光成像系统照明光源的最优化波长。
文字间用 号隔开空半格水下光电成像 连续光源 海水散射 光束扩展系数 最优化光波长 underwater photoelectric imaging continuous light source seawater scattering beam spread parameter optimal light wavelength
