硅基光源是实现硅基集成光电子芯片的核心器件, 虽然近年来国内外已经取得多项重要成果, 但适合于下一代大规模光电集成芯片的小尺寸、低功耗、工艺兼容的高效硅基发光器件仍然缺乏。文章介绍了基于嵌入光学微腔中的锗量子点实现硅基发光器件方面的研究成果, 通过将分子束外延生长的锗自组装量子点嵌入硅光子晶体微腔中, 实现了室温下处于通信波段的共振发光。通过在图形化衬底上生长实现锗量子点的定位, 并精确嵌入光子晶体微腔中, 实现了基于锗单量子点的硅基发光器件。

文章首先介绍了硅光非线性效应在数字光子回路中的应用和研究价值, 接着简要介绍了硅基纳米波导中的光力效应和热光效应, 最后较详细地阐述了光力效应在路径非对称光传输中的应用, 以及利用热光效应实现的光顺序路由传输和光学编码。

文章提出了一种基于多级级联延迟干涉结构的可重构光学滤波器, 可实现滤波带宽的调节。该级联干涉结构可重构为两类滤波器: 一类为单次延迟干涉器, 通过增加延迟量可实现滤波周期和带宽的调节; 另一类是多次延迟干涉器, 通过改变级联级数和光开关的分光比可实现固定滤波周期的带宽调节。采用传输矩阵方法建立了该延迟干涉滤波器的理论模型并进行了模拟仿真。二次和三次延迟干涉器测试结果表明, 阻带滤波带宽变化大于1/3个滤波周期。

随着集成光路复杂度的增加, 需要在不影响系统正常工作的情况下, 在链路内使用光功率监测器对集成光路进行实时监测, 有效地进行器件行为分析。文章综述了硅基光功率监测器的最新研究进展。重点阐述了表面态吸收、双光子吸收、锗吸收以及缺陷态吸收机制下的光功率监测方案以及各自的优缺点, 最后详细讨论了利用缺陷态吸收机制实现光电转换的巨大优势。

鉴于单通道解调系统一次可检测的光栅波长数目有限, 同时为兼顾 FBG (光纤布拉格光栅)解调系统与上位机通信的稳定性与高速性, 结合波分复用与空分复用技术, 研制了多通道、多通信端口的FBG解调系统。通过控制16路光开关的光路切换, 可实现对16通道FBG传感网的空分复用, 对各通道传感器中心波长进行解调。测试结果表明, 解调系统中心波长分辨率为1 pm, 一次采集光栅波长信息的时间为620 ms, 16个光通道的FBG传感信息更新最短时间不大于10 s, 可对约200只光纤光栅传感器进行有效监测。

在灵活栅格光网络中, 为了解决时变业务中频谱的时变分配问题, 提出了一种新型的基于NCVC (非邻接性虚拟连接)的时变业务频谱分配方案。该方案在不改变传输业务已分配频谱块的基础上, 允许为传输业务增加的带宽需求分配与之不相邻的新频谱块, 以满足业务在传输过程中变化的带宽需求。采用OMNeT++仿真软件搭建了灵活光网络的仿真平台, 仿真实验证明, 该方案可以有效地降低网络阻塞率, 提高网络频谱资源的利用效率。

为了实现UWB(超宽带)光纤技术的多用户接入, 提出了基于PM-IM(相位调制-强度调制)转换以及多路鉴频实现三阶UWB脉冲的BPSK (二进制相移键控)编码方案, 分析了其工作原理并采用光子模拟软件进行了仿真。得到了不同的BPSK编码序列, 其频谱中心频率为6.7 GHz, 相对带宽为104.5%, 符合FCC (美国联邦通信委员会)对于UWB信号的规定。分析了高斯脉冲宽度和光功率对仿真结果的影响, 发现高斯脉冲宽度为0.5 bit时所得信号频谱最为理想, 当光源功率小于26 dBm时, PSD(功率谱密度)符合FCC规定, 为实现多用户接入的编码提供了一种新方案。

设计了一种低损耗高非线性的碲化物PCF (光子晶体光纤)。采用分布傅里叶算法求解非线性薛定谔方程, 数值模拟了基于PCF的中红外波段SC (超连续谱)的产生与控制。分析了PCF参量及泵浦光源参数对SC的影响, 得出SC宽度和平坦度随PCF长度、色散参量以及泵浦脉冲峰值功率、初始宽度的变化规律。仿真结果表明, 中心波长为2 μm、脉冲峰值功率为20 kW、脉冲宽度为100 fs的泵浦光在PCF中传输15 cm时, SC谱宽可达1 330~3 450 nm, 且具有良好的平坦度。

设计了一种结构简单的高非线性低限制损耗PCF(光子晶体光纤), 其空气孔直径d=0.2 μm, 孔间距Λ=1.8 μm。数值计算结果表明, 通过在包层区域引入独特的四孔单元结构, 在波长1.55 μm处, 非线性系数可达83.3 W-1km-1, 限制损耗低于10-9 dB/m, 有效模场面积仅为1.46 μm2, 该PCF的高非线性效应与低限制损耗特性可以应用于超连续谱产生、非线性光学和光通信系统等领域。

基于光纤的布里渊频移特性和输电线路基本方程, 建立了输电线路分布式弧垂与输电线路温度的关系, 通过监测OPGW(光纤复合架空地线)的光纤频移值, 获得了输电线路的温度分布, 进而计算获得了输电线路的分布式弧垂。通过对比现场弧垂勘察和监测值, 得出弧垂监测误差在10%以内。为输电线路的弧垂监测提供了一种安全、方便和有效的监测方法。

基于MEMS(微机电系统)扭镜的光束偏转技术是实现VOA(可调光衰减器)的主流技术方案之一, 但其存在WDL(波长相关损耗)较大的问题。通过分析WDL的成因, 提出了一种优化设计方案。实验测得在波长范围1.53~1.57 μm与衰减范围0~20 dB内, WDL最大为0.21 dB, 验证了理论分析的正确性。

文章提出一种新型光子晶体环形腔THz波滤波器, 在该滤波器的光子晶体环形腔内部引入一个正方形介质柱, 四周各引入一个散射介质柱, 基底材料采用折射率n=3.4的硅, 晶格常数A为30 μm。应用基于FDTD(时域有限差分法)的Rsoft软件进行仿真分析, 结果表明, 当介质柱半径为5.157 5 μm, 内部正方形介质柱边长为92 μm且其旋转角为6°, 散射介质柱半径为5 μm时, 94.053 μm波长的透射率为0.985 56。

在分析光纤光栅传感原理的基础上, 设计了一种基于超磁致伸缩材料的光纤光栅磁场传感器。先将一根光纤光栅粘贴在超磁致伸缩材料上; 为补偿温度对磁场测量光纤光栅传感器的影响, 再将另一根光纤光栅的一端固定在有机玻璃上并保持自由状态。对设计的传感器进行温度和磁场强度响应特性实验, 在0~40 ℃的范围内, 磁场测量和温度补偿光纤光栅的温度灵敏度分别为22和9.9 pm/℃。在0~1 200×10-4 T范围内, 传感器的磁场强度检测灵敏度约为1 pm/1×10-4 T, 分辨率为1×10-4 T, 线性度为0.996 3, 稳定性约为±3×10-4 T, 为弱磁场的测量提供了一种新方法。

提出一种新的基于迭代的联合信道估计和信号检测算法, 利用ZF(迫零)算法检测出的信号进行下一个OFDM(正交频分复用)符号的信道估计, 充分利用了信道估计值和检测符号之间的互信息量, 有效地消除了符号间干扰和载波间干扰, 提高了信道估计和符号检测的精确度。仿真结果表明, 在不同的信道条件下, 该算法的性能比传统信号检测方法有明显的提升。

硅基光互连技术是解决目前电互连制约瓶颈的有效手段, 而实用化集成光源的制备对硅基芯片功耗的降低和尺寸的减小有着十分重要的意义。硅基集成激光器在过去的十多年间取得了一系列重要突破, 其中III-V/Si混合集成激光器是近期最可能获得实际应用的方案之一。文章简要分析了硅基集成激光器的研究现状, 重点介绍了III-V/Si混合集成激光器的研究进展, 包括III-V/Si键合激光器和III-V/Si倒装焊激光器的发展和各自存在的问题, 并预测了硅基集成激光器的发展方向。

介绍了相干DPSK(差分相移键控)的调制和解调原理, 并对零差解调、外差解调和MZI(马赫-曾德干涉)解调三种相干解调方式进行了理论分析。利用Matlab和Optisystem仿真软件构建了基于DPSK调制的FSO(自由空间光通信)系统, 得到不同条件下系统误码性能; 对三种解调方式进行了仿真, 仿真结果表明, 零差相干解调方式具有更好的误码性能, 更适合FSO。

针对现有DFOR(零副本机会路由)算法存在网络吞吐量不足、网络开销较大等问题, 提出一种EOR(高效机会路由)算法。通过对数据包发送批次进行改进, 可以有效地提升发送速率。在传输过程中, 缩减发送包的包头大小以保证数据包被充分利用, 并对原算法中可能存在发送时延过长的情况进行分析。理论分析和仿真结果表明, 与DFOR算法相比, EOR算法在网络开销、吞吐量等方面均有所改善。

目前基于白光LED(发光二极管)的室内可见光通信信道模型的研究主要集中于理论分析, 因此信道特性对系统性能的影响还不明确。文章首先分析并优化了室内白光LED通信信道理论模型, 并在此基础上研究信道编解码算法, 通过Simulink软件搭建信道模型和可见光通信系统来分析信道编码对系统性能的影响, 得到了适合可见光通信系统信道特性的信道编码方法。

介绍了可见光组网技术的优势并对其在航天器内应用的可行性进行了分析, 提出了系统组网的实现方案并进行了功率余量计算, 结果表明, 可见光组网技术可以应用于航天器内的局域网组网。最后分析了可见光组网技术的难点, 对其未来在航天器内的应用进行了展望。