1 武汉光迅科技股份有限公司，武汉 430205
2 光通信技术和网络全国重点实验室，武汉 430074
3 武汉邮电科学研究院有限公司，武汉 430074
4 中国移动通信有限公司，北京 100033
【目的】针对分布式光纤传感系统单跨传感距离受限问题，文章提出了基于远程泵浦光放大器（ROPA）遥泵技术的相位敏感光时域反射仪（φOTDR）分布式光纤传感系统。
【方法】采用偏振分集接收技术，获取彼此正交的偏振信号以解决偏振失配问题，分频带处理后抑制相干衰落与偏振衰落。应用高阶拉曼泵浦技术与级联遥泵放大技术，3个远程增益单元选取合适的增益介质长度，引入传输链路中适当位置，耦合远程泵浦单元发送的泵浦光与信号光使铒离子得到激励，实现信号光的无中继放大，解决了现有φOTDR单跨距传感距离不足的问题。
【结果】实验结果表明，采用同相正交（IQ）解调算法，压电换能器（PZT）加扰的100 Hz扰动信号可实现线性还原。
【结论】结果表明，文章所提系统可实现176.6 km超长单跨距振动信号传感，打破了现有φOTDR单跨距传感距离记录。前176 km振动曲线平稳且振幅低于0.4 rad，三维（3D）瀑布图中无扰动位置相对平稳，链路末端PZT加扰的扰动信号可准确感知。经快速傅里叶变换（FFT）处理后，100 Hz扰动信号的信噪比为8.9 dB。实验结果对于搭建超长跨距φOTDR传感系统提供了一定参考价值，对φOTDR系统的无中继超长距离传感发展具有一定意义。
分布式光纤传感技术 相位敏感光时域反射仪 远程泵浦光放大器 distributed optical fiber sensor technology φOTDR ROPA 光通信研究
2024, 50(2): 22007601
1 武汉邮电科学研究院，武汉 430074
2 武汉光迅科技股份有限公司，武汉 430205
【目的】为了应对不断增长的超千兆需求，从千兆走向万兆，从第五代固定网络（F5G）走向高级第五代固定网络（F5.5G），50 Gbit/s无源光网络（PON）被认为是F5.5G的重要组成部分。故文章针对当前接入网络发展状况，对50 Gbit/s PON技术进行了深入研究。
【方法】文章首先介绍了实现50 Gbit/s PON高灵敏度面临的困难，并提出了解决方案。方案中，50 Gbit/s的非归零（NRZ）信号通过雪崩光电二极管（Avalanche Photodiode，APD）探测器，在强电场的作用下形成可被检测到的宏观电流，该电流通过跨阻放大器（TIA）放大并转换成电压输出。对其进行均衡处理，采用光数字信号处理（oDSP）芯片的前馈均衡器（FFE）和判决反馈均衡器（DFE）对脉冲信号的拖尾现象进行补偿后，再通过DFE将码间干扰的影响降到最低。接着重点分析了APD、TIA和oDSP等关键技术，并采用25与50 Gbit/s APD对接收性能进行比较。
【结果】两组实验测试结果显示，第1组实验25 Gbit/s APD在测试时间4 min内接收信号无误码，接收光功率为－8.48 dBm，当误码率（BER）为2.78e－2时，接收光功率达－26.61 dBm；在使用50 Gbit/s APD的情况下，4 min内接收信号无误码时，接收光功率为－8.97 dBm。当BER为2.78e－2时，接收光功率达到－27.05 dBm，第2组数据50 Gbit/s APD-2也达到了同样的实验效果。
【结论】50 Gbit/s APD接收灵敏度更高，性能更好，更适合使用在50 Gbit/s PON光模块中实现高性能接收。最后文章针对未来降成本方案在均衡技术与APD上的应用提出了可行性分析。
50 Gbit/s无源光网络 雪崩光电二极管 光数字信号处理 跨阻放大器 高性能接收 50 Gbit/s PON APD oDSP TIA high sensitivity reception 光通信研究
2024, 50(1): 23015001
1 兰州理工大学 电气工程与信息工程学院, 甘肃 兰州 730050
2 兰州理工大学 理学院, 甘肃 兰州 730050
理论分析了波长为2 µm的掺铥光纤放大器中受激布里渊散射（SBS）对激光输出性能的影响，研究了双包层掺铥光纤在793 nm的泵浦波长和1.9~2.1 µm的激光工作波段的光模分布、有效折射率、有效模场面积和归一化频率，数值计算了在1.9~2.1µm的激光工作波段双包层掺铥光纤中的布里渊频移和布里渊增益谱等SBS特性。利用增益光纤中的受激布里渊散射理论模型，研究了受激布里渊散射对掺铥光纤放大器激光输出性能的影响。在DTDF-10/130双包层掺铥光纤中，使用功率为100 W、波长为793 nm的连续光作为泵浦，可对波长为2 μm、功率为0.01 W的连续信号光进行放大。当泵浦光功率填充因子为0.01、0.02和0.03时，信号光的最大输出功率分别为25.27 W、31.08 W和34.06 W。对应的最佳双包层光纤长度为2.66 m、2.02 m和1.75 m，由受激布里渊散射产生的斯托克斯光功率分别为1.68 W、1.39 W和1.14 W。结果表明，在掺铥光纤放大器中使用泵浦光功率填充因子大的双包层光纤可以降低光纤长度，从而减小受激布里渊散射对信号激光输出功率的影响。本文的数值模型可以对光纤放大器的光纤长度进行优化，对提高实验效率、降低实验成本具有重要价值。
受激布里渊散射 双包层 掺铥光纤 放大器 stimulated brillouin scattering double-clad thulium-doped fiber amplifier
国防科技大学 前沿交叉学科学院，长沙 410073
随着高功率微波源向高功率、高频率和长脉冲方向不断发展，同轴相对论速调管放大器（RKA）成为近年来研究热点之一，然而其发展一直受限于自激振荡等问题存在，为此，设计一种高Q值单间隙同轴谐振腔，以抑制同轴RKA中TEM模式泄露引起的自激振荡。通过对单间隙同轴谐振腔TM01模式与TEM模式转化进行理论分析与仿真模拟，发现同轴谐振腔上下槽深差值与轴向错位值对其Q值变化影响很大，当上下槽深差值与轴向错位值分别为0.3 mm和0 mm时，同轴谐振腔的Q值为极大值（18 764），意味着此时谐振腔中两种模式转化最小，多组谐振腔级联后自激振荡风险大大降低。将三组级联的高Q值单间隙同轴谐振腔应用于紧凑型同轴RKA，粒子模拟和实验结果表明，器件的输出微波功率稳定，频谱纯净，无自激振荡等问题存在。
同轴相对论速调管放大器 自激振荡 高Q值 单间隙同轴谐振腔 coaxial relativistic klystron amplifier self-oscillation high Q-factor single-gap coaxial resonator 强激光与粒子束
2024, 36(3): 033012
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院，安徽 合肥 230026
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所光子器件与材料安徽省重点实验室，安徽 合肥 230031
3 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室，安徽 合肥 230031
4 国防科技大学先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
使用中心波长为1658.7 nm的可调谐半导体分布反馈式（DFB）激光器，基于离轴积分腔光谱（OA-ICOS）技术，对激光器调谐范围内的甲烷稳定碳同位素分子13CH4和12CH4的光谱进行同时测量。选取光纤耦合助推光放大器（BOA）实现激光器输出光功率的有效放大，在保证积分腔的模式噪声不变的情况下，提高了探测器的可探测光功率，显著增加了有效光程长度，进一步提高了测量结果的信噪比。最后，通过对体积分数为500×10-6的CH4标准气体进行长时间测量，当平均时间达到663 s时，同位素δ（13C）的探测极限达到0.56‰。该技术可为大气环境下甲烷中碳稳定同位素的测量提供参考。
光谱学 光功率放大器 离轴积分腔输出光谱技术 甲烷 碳同位素
1 山西大学物理电子工程学院，山西 太原 030006
2 中国科学院国家授时中心中国科学院时间基准及应用重点实验室，陕西 西安 710600
3 中国科学院大学天文与空间科学学院，北京 100049
平衡零拍探测技术是测量压缩态量子噪声的主要方法之一，通过光电二极管阵列和多路并行电感-电容（L-C）耦合跨阻的方式，实现了一种低噪声、高信噪比的多像素平衡零拍探测器，探测器的工作带宽为5 MHz。每一个像素通道中，光功率为1.66 mW的815 nm激光入射时，散粒噪声功率在2 MHz分析频率处比电子学噪声高23 dB。当光强分布在所有像素通道时，各通道散粒噪声功率和入射光强成正比，验证了探测器可以实现多通道并行的平衡零拍探测。该探测器可实现量子光学频率梳的频谱可分辨平衡零拍探测，为量子光学频率梳在量子精密测量领域的应用提供高性能的探测工具。
探测器 跨阻放大器 量子光学频率梳 平衡零拍探测器 光电二极管阵列 信噪比
红外与激光工程
2024, 53(1): 20230504
1 西安邮电大学现代邮政学院，陕西 西安 710121
2 西安邮电大学电子工程学院，陕西 西安 710121
3 西安邮电大学通信与信息工程学院，陕西 西安 710121
随着新一代移动通信系统发展，对高数据速率和更大带宽的需求日益增加，利用碲基光纤作为传输介质，采用了两路二阶泵浦和四路一阶泵浦设计的二阶拉曼光纤放大器实现了对C+L全波段信号光进行放大，能够有效缓解带宽增长给光通信网络带来的挑战。首先对简化后的二阶拉曼耦合波方程进行数值求解，再利用合作搜索算法对二阶拉曼光纤放大器泵浦参数进行优化，以达到提升系统输出性能的目的。同时，分析了在相同泵浦参数的配置下一阶拉曼光纤放大器和二阶拉曼光纤放大器的性能以及二阶泵浦光功率、光纤长度这两个重要因素对二阶碲基拉曼光纤放大器平均输出增益和增益平坦度的影响。最终在1530~1630 nm的超宽带宽范围内，设计出的二阶碲基光纤拉曼放大器平均输出增益为27.3601 dB，增益平坦度为0.6601 dB。
光纤光学 碲基光纤 二阶拉曼光纤放大器 合作搜索算法 增益平坦度 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0506007
1 三峡大学湖北省弱磁探测工程技术研究中心，湖北 宜昌 443002
2 三峡大学理学院，湖北 宜昌 443002
提出了一种基于超弱光纤光栅阵列的长距离传感系统。基于超弱光纤光栅的离散分布和高信噪比特点，采用分段采集的方法降低系统对数据缓存和计算能力的要求，利用ZYNQ（ZYNQ-7035 All Programmable SoC）嵌入式底层硬件实现对选定空间上10 km传感段的解调。采用OptiSystem软件仿真分析系统的功率预算，精准设计入纤脉冲光功率以及拉曼光纤放大器的配置，结合电路的动态分段增益，实现长距离传感系统中的功率均衡，并搭建实验系统予以验证。结果表明：系统工作距离可以达到50 km，传感信号的强度波动小于2.2 dB，空间分辨率为1.5 m，解调速度为0.3 Hz，远端的解调精度稳定在6 pm以内，温度测量精度为±0.15 ℃，应变测量精度为±5.5 με。系统整体性能优于传统的分布式布里渊传感系统，且具有良好的可扩展性，在长距离光纤温度、应变感测上具有明显的技术优势。
光纤布拉格光栅 长距离传感 光纤传感系统 拉曼光纤放大器 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0506005
