北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室，北京 100876
布里渊光时域分析仪（BOTDA）因其长距离分布式传感的优势而得到学术界和产业界的广泛研究与应用，光脉冲编码技术可以在不牺牲空间分辨率和测量时间的前提下辅助BOTDA进一步实现可观的信噪比提升，被认为是最高效（高信噪比提升和低硬件成本）的性能提升方法之一，具有显著的优势和应用前景。本文围绕基于光脉冲编码技术的BOTDA，介绍了用于分布式光纤传感领域的几种主流的光脉冲编码技术的原理，综述了近些年基于光脉冲编码的BOTDA传感系统的研究进展。
光纤光学 分布式传感器 受激布里渊散射 光脉冲编码
1 电子科技大学光纤传感与通信教育部重点实验室，四川 成都 611731
2 之江实验室光纤传感研究中心，浙江 杭州 311121
光脉冲编码（OPC）近年来在光纤声波传感领域备受关注，特别是将其与相位敏感光时域反射仪（Φ-OTDR）相结合的技术。通过对注入光纤中的探测脉冲进行编码，可在不增加脉冲峰值功率的情况下大幅提高传感信号的信噪比，同时避免了非线性效应的影响；在接收端解码后可获得单脉冲响应，系统空间分辨率由单个脉冲而不是整个探测脉冲序列的长度决定，从而在获得高信噪比传感信号的同时保持了空间分辨率。本文首先回顾了OPC在光纤声波传感领域中的发展历程；然后，重点介绍了本课题组基于OPC的分布式和准分布式声波传感研究进展，特别是在传感带宽提升方面的成效；最后，对基于OPC的光纤声波传感技术未来发展方向进行了探讨。
光纤传感 光脉冲编码 分布式声波传感 相位敏感光时域反射仪
1 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院，湖北 武汉 430071
2 中国科学院大学，北京 100049
3 合肥国家实验室，安徽 合肥 230094
4 武汉量子技术研究院，湖北 武汉 430206
提出基于平顶复合光脉冲构建大动量原子干涉仪的方案。利用大动量原子干涉仪灵敏度函数解析模型，对大动量原子干涉仪的对比度和相位噪声进行分析。将平顶复合光脉冲应用于原子干涉仪进行仿真计算，结果表明平顶光相比高斯光可提高原子团跃迁的一致性，增加原子干涉条纹的对比度。通过设计对称反向的复合脉冲序列，抑制多脉冲作用过程中相位噪声和振动噪声的干扰。数值仿真结果表明，相比高斯光脉冲，使用平顶复合光脉冲的大动量原子干涉仪的灵敏度提高了1个量级，同时具有较好的抑制环境噪声的能力。
平顶复合光脉冲 大动量原子干涉仪 对比度 相位噪声 激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106024
受光纤中声学声子10 ns的寿命的影响，传统布里渊光时域分析（BOTDA）传感器往往不能做到1 m以内的空间分辨率。利用差分脉冲对（DPP）技术可以突破该限制，实现更高的空间分辨率。但是传统的DPP技术存在测量时间长、差分信号间同步难度高和信噪比低等问题。本文提出一种基于布里渊增益-损耗效应的编码DPP-BOTDA系统，通过将处于斯托克斯频率和反斯托克斯频率的泵浦脉冲光同步注入光纤，利用散射光的布里渊增益-损耗效应在光路上差分，解决了信号间的同步问题，并且测量时间只需要传统DPP技术的一半。还分析了传感系统中掺铒光纤放大器增益特性对脉冲序列解码结果的影响，对增益不均匀条件下的编码增益进行了理论计算。实验结果表明，该系统可以实现50 cm的空间分辨率，与传统的单脉冲DPP-BOTDA系统相比，信噪比提高了3 dB。
传感器 光纤传感器 布里渊散射 差分脉冲对 光脉冲编码 激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0928005
1 哈尔滨工业大学微系统与微结构制造教育部重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 西安航天动力试验技术研究所, 陕西 西安 710100
被称为第三代人工神经网络的脉冲神经网络, 是最接近人脑的神经拟态算法。与传统人工神经网络相比, 脉冲神经网络具有硬件友好性和更高的能量利用率。与电子学脉冲神经网络相比, 光子计算的光脉冲神经网络具有速度快、能耗低、延迟低、并行度高以及抗电磁干扰的优势。介绍了光脉冲神经网络的起源, 从光脉冲神经元、神经网络架构、学习训练算法等方面介绍了光脉冲神经网络的研究进展、存在的问题与挑战, 并展望了光脉冲神经网络的前景。
人工智能 人工神经网络 光计算 光脉冲神经网络 STDP规则 artificial intelligence artificial neural network optical computing optical spiking neural network Spike Timing Dependent Plasticity rules
中国电子科技集团公司 第二十六研究所, 重庆 400060
该文采用光纤声光调制器集成化、低功耗和热仿真设计技术, 设计并制作了工作波长1 550 nm、光脉冲上升时间16.7 ns、光脉冲延时抖动1.5 ns、电功耗0.72 W(脉冲) 、整体尺寸59.56 mm×49.48 mm×14.6 mm的高性能一体化光纤声光调制器。结果表明, 该调制器具有体积小及功耗低等优点, 对小型化低功耗光纤激光器、激光测风雷达及光纤分布式传感系统的研制有一定促进作用。
光纤声光调制器 电功耗 光脉冲上升时间 fiber acousto-optic modulator electric power consumption the rise time of optical pulse
强激光与粒子束
2022, 34(3): 031014
1 国网青海省电力信息通信公司，西宁081000
2 国网青海省电力公司，西宁081000
3 武汉光迅科技股份有限公司，武汉 430205
发送端光时域反射仪(OTDR)在线探测会影响业务信号，因此较少在实际工程应用。为探究发送端OTDR对业务信号光的具体影响，对OTDR的动态范围和光脉冲功率的关系进行了理论分析，基于200 Gb/s和2 Mb/s传输系统，对发送端OTDR在线探测对业务信号光的影响及其原因做了实验研究。实验结果表明：发送端OTDR在线探测对通信业务的影响与系统单波入纤光功率、OTDR的动态范围和系统余量有关，且发送端OTDR产生的强光脉冲光会导致业务信号的强度起伏和时域脉冲波动，从而影响业务通信。
光时域反射仪 动态范围 在线探测 光脉冲 optical time domain reflectometer dynamic range on-line detection optical pulse
中国电子科技集团公司第二十六研究所, 重庆 400060
该文介绍了一种全光纤耦合的单偏振声光调制器的设计及应用。理论分析了光纤声光调制器的工作原理, 描述了单偏振光纤声光调制器的关键指标(插入损耗、消光比、光脉冲上升时间)的设计方法和单偏振光纤准直器的耦合工艺方法。设计制作了工作在1.06 μm波长的高速低插损单偏振光纤声光调制器, 其偏振消光比达到42 dB, 能有效隔离系统偏振噪声。
单偏振 光纤声光调制器 插入损耗 消光比 光脉冲上升时间 single polarization fiber acousto-optic modulator insertion loss extinction ratio rise time of light pulse
