为了改进单模激光系统的稳定性, 在单模激光损失模型中输入偏置信号的调幅波, 用线性化近似方法计算了输出光强的功率谱, 得到功率谱与低频调制信号频率、量子噪声实虚部间的关联系数的变化规律。结果表明: 当低频调制信号频率增大、量子噪声增大、自饱和系数减小、量子噪声实虚部间的关联较强时, 系统的功率越小, 单模激光系统的稳定性越好。同时发现, 载波信号的振幅对激光系统的功率谱也有很大影响。

当前的智能光网络缺乏主动应对网络故障的能力, 为了进一步提高智能光网络的生存性, 文章提出了一种基于贝叶斯模型的智能光网络主动告警机制。该机制能够预先判断网络中潜在的故障, 并具有高度的准确率以有效减少误告警; 此外, 该机制对不同样本采用不同的算法来进行网络学习, 采用概率推理估计故障的预测概率, 从而为主动告警机制建立一个可推理的预测模型。仿真结果表明, 该机制能极大地提高智能光网络的生存性, 缩短业务连接的恢复时延, 优化资源利用率。

为解决原有基于G.8132协议的Wrapping保护机制下的环网保护标签维护管理复杂的难题, 提出了一种改进的基于Wrapping保护机制的环网保护方案, 详细论述了环网保护业务通道的建立与倒换机制, 介绍了相关功能模块的架构, 并且测试验证了保护倒换时间。该环网保护方案的保护倒换时间足以满足50 ms的工程应用要求,因此可为PTN(分组传送网)承载业务提供有效的网络级保护。

对一种移除调制相位信息的算法进行了进一步研究, 使其适用于更高阶调制格式的相干系统。该算法对接收到的复数信号的实部和虚部分别采用绝对值操作, 移除调制的相位信息。通过对28 GBaud的64QAM(64阶正交幅度调制)相干系统进行仿真, 来研究该算法在64QAM系统中的性能。仿真结果表明, 该算法无需乘法器, 而且在频偏估计中的性能与传统的M次幂运算的性能接近。因此, 该算法相比M次幂运算在性能不变的情况下, 降低了算法的复杂度。

提出了一种基于多步插值的频偏估计算法, 用于相干光通信中数字相干接收机的频偏估计补偿。该算法首先采用少量的数据点作FFT(快速傅里叶变换), 粗估计出频偏值, 然后采用DFT(离散傅里叶变换)进行多步插值计算, 降低了计算复杂度。在一个28 GBaud的QPSK(正交相移键控)仿真系统中进行了仿真验证, 结果表明, 与最新报道的LS(最小二乘)算法相比, 该文所提算法可以大大降低现有算法的复杂度。

PON(无源光网络)中突发式长发光干扰是异常上行光信号干扰的一种, 由于其故障发生的随机性以及持续时间的瞬间性, 使得故障难以定位。文章针对PON ONU(光网络单元)突发干扰问题, 描述了突发长发光的几种表现与可能原因, 总结了典型的防护方法, 并对比了几种方法的优缺点; 对定位故障ONU的方法进行了探讨, 给出了彻底消除故障的方法。

文章总结了我国在高端光纤技术方面的研究进展: 400 Gbit/s用高端光纤技术包括超低损耗光纤技术和大有效面积光纤技术, 我国研制的超低损耗光纤在1 550 nm的衰减为0.167 dB/km, 达到了国际先进水平; 但大有效面积光纤在1 550 nm的有效面积仅为130 μm2, 与国际的150 μm2有一定差距; 在Tbit/s大容量空分复用光纤方面, 我国进行了少模光纤、多芯光纤和轨道角动量光纤的基础探索研究, 与国际水平相当。研究结论表明, 我国在大容量通信用高端光纤技术方面达到了国际先进水平, 这为我国下一代高速光纤通信技术探索了新的可能性。

研究了基于OFDM (正交频分复用)的电力线与可见光融合通信系统中的信道估计技术, 通过建立电力线与可见光信道模型, 研究了梳状和块状导频结构下的LS(最小二乘)与SVD(奇异值分解)两种估计准则, 以及线性插值与基于DFT(离散傅里叶变换)的插值两种内插方法, 通过比较发现, 块状导频下的SVD结合线性插值是性能较佳的信道估计算法, 并且该算法对导频间隔不敏感。

为了实现相位调制光信号的相位混合运算(2θA-θB、2θB-θA), 描述了简并四波混频光互调效应的工作原理, 给出了泵浦消耗情形下四波混频闲频光振幅和相位的解析表达式。重点研究了基于高非线性光纤的相位混合运算器件的实现方案, 以四进制相位信号为例分析了输入光幅度噪声对两种相位互调运算结果的影响。仿真计算表明, 该运算器件的光噪声指数(光信噪比的劣化)约为6.6 dB; 当输入光信噪比不低于25 dB时, 两种运算的符号错误率均低于10-3, 对应的误差矢量振幅约为22%。

根据TMM(传输矩阵理论), 对采用ZnMgO/ZnO为工作物质的紫外波段DFB(分布反馈)半导体激光器的结构进行设计与仿真。当占空比为0.5, 光栅周期为92.5 nm, 光栅高度为65 nm时, 得到了364.8 nm出射波长。通过改变有源层的厚度, 分析了不同有源层厚度时激光器阈值电流与输出功率的关系。仿真结果表明, 有源层太厚会减弱对载流子的限制作用, 使阈值电流增大; 而有源层太薄时, 波导层对光子的限制效果减弱, 导致损耗增大, 功率下降, 阈值电流增大。所以合理选取有源层厚度可改善DFB激光器的电流功率特性。

提出了一种窄刻槽亚波长金属波导光栅透射滤波器的设计, 其工作原理是利用窄光栅刻槽取得低透射背景, 再利用导模共振与表面等离子激元共振的混合产生峰值透射, 进而实现良好的窄带透射滤波效应。研究发现, 利用多模共振与表面等离子激元共振的混合模式, 通过增加波导厚度即可实现性能良好的双通道透射滤波, 在波长1 412和1 653 nm处, 峰值透射率分别为72.1%和63.6%。进一步分析表明, 由于长波处磁场能量较多地局域在金属光栅层, 峰值位置和峰值透射率受光栅深度变化影响显著; 而短波处磁场能量较多地局域在波导层中, 因此短波处峰值漂移对波导层厚度变化更为敏感。

为解决行波光电探测器阵列在高功率要求下集成过多的光电二极管导致结构变复杂、响应速度下降的问题, 提出了一种基于二极管组的行波光电探测器阵列结构。从功率合成、频率响应和回波损耗等方面对新旧两种结构进行了分析。在应用相同数量二极管的条件下, 改进型行波光电探测器阵列采用更少的电感元件且输出功率不变, 工作带宽不变, 回波损耗有较大改善。研究结果表明, 这种改进型行波光电探测器阵列结构能够更好地满足功率要求。

利用铁氧体材料磁导率随外加磁场强度变化的性质, 提出了一种基于二维磁光子晶体的THz选路光开关和分束器。采用PWM(平面波展开法)和FDTD(有限差分时域)法进行了数值计算和仿真分析, 结果表明, 该选路光开关的插入损耗为0.017 dB, 消光比高达26.97 dB, 最大稳定时间约为25.3 ps; 分束器的附加损耗仅为0.07 dB, 且分光比几乎为1∶1。利用该结构实现的THz选路开关和分束器, 在未来的集成光路中具有很好的应用前景。

针对目前气体传感器灵敏度较低的问题, 设计了一种利用黑硅作为辐射层并且连接放大电路和控制芯片的红外光源传感器系统。首先介绍了红外光源的制造和仿真以及新型的纳米材料黑硅, 黑硅的引入可以使光源的辐射效率提高40%; 然后完成了传感器系统外围电路的设计, 包括电源驱动电路、二级滤波放大电路和中央处理器等; 最后对所设计的系统进行了测试, 测试结果表明, 该系统能有效提升气体传感器的敏感度, 符合设计要求。

为了观察脉冲在时域上是否产生调制现象, 从而判断其频谱情况, 利用非线性晶体中的OPA (光学参量放大)效应, 提出了一种 OPA-FROG (基于光参量放大的频率分辨光学开关)法光学任意波形测量方案, 该方案结构简单, 易于实现。在MATLAB环境下利用PCGP (主元素广义投影) 算法对测量波形进行恢复, 结果表明, 该方案能够准确地测量光学任意波形的幅度和相位。利用门脉冲选通过程含有增益放大的特点, 可以实现对微弱信号的测量。

为了解决RFID(射频识别)系统中多标签通信时的碰撞问题, 人们提出了各种防碰撞的算法, 而动态时隙ALOHA算法是其中效率较高的一类。文章对动态时隙ALOHA算法中的最优帧长进行了研究, 考虑到在使用曼彻斯特编码的前提下, 标签发送的信息之间发生某些特殊的碰撞, 阅读器依然能够正确识别标签的情形, 提出了一种优化新算法。数学分析和仿真结果表明, 与现有的动态时隙ALOHA算法相比, 该算法的系统效率更高。

为了抑制微波光子链路的三阶交调失真, 提高链路的动态范围, 提出了一种基于相位调制的无色散大动态范围的微波光子链路。通过对相位调制器横电模和横磁模的使用, 以及将相位相差π的两路信号相加, 消除三阶交调失真; 另外, 由于线性化后双边带信号转变为单边带信号, 消除了色散的影响。仿真实验结果显示, 与传统相位调制的微波光子链路相比, 该方案的无杂散动态范围扩大了约19.5 dB。

SM(空间调制)作为一种新颖的多天线传输方案, 独创性地将输入比特与发射天线序号构成一种映射关系来传输比特信息。由于 SM系统的ML (最大似然) 最优检测算法需要遍历所有可能的码本, 其检测复杂度很高, 因此人们相继提出了一些简化算法, 如MF(匹配滤波)、SD(球形译码)算法等。与这些算法思路不同, 文章将EMF(穷搜索MF)与NMF(最优MF)算法相结合, 引入候选集因子T有效均衡系统性能与复杂度。仿真结果表明: 当T=4时, 改进的MF检测算法能获得与EMF相似的系统性能, 但计算复杂度更低。

在概率类SLM(选择性映射)算法基础上, 提出一种改进型算法以降低可见光通信系统的PAPR(峰均功率比)。该算法利用Logistic混沌序列作为叠加训练序列, 并作为SLM算法中的随机相位序列, 这样在传送边带信息时, 无需传送所有的随机相位序列, 只需传送混沌序列的初始值。在接收端可以根据传送的初始值恢复传送的混沌序列, 从而减少边带信息的冗余, 提高系统的频带利用率和误码率性能。文章给出了算法原理及仿真结果, 仿真结果表明: 新算法可以有效抑制可见光通信系统的PAPR, 同时提高了系统信噪比。

目前白光LED(发光二极管)广泛应用于照明, 而基于白光LED的可见光通信技术应用前景巨大。文章利用白光LED作为信号传输媒介设计了短距离传输系统, 发送端采用PWM(脉冲宽度调制)对音频信号和环境温度信号进行调制, 接收端采用电流反馈电路和电压放大电路提高PWM波峰值的动态范围, 利用STM32对光脉冲进行解调。该系统采用时分复用方式实现了短距离实时传输一路300～3 400 Hz的音频信号和一路数字信号, 传输后的波形在示波器上无明显失真。

随着SDON(软件定义光网络)向着超高速大容量方向发展, 网络规模日益庞大, 光路长度的增长面临着各种信号损伤的问题。为此, 文章提出了一种基于OSNR(光信噪比)感知的路径优化机制。该机制将光信噪性能作为建立光路连接的重要判断条件, 并在光网络的流表交互过程中引入OSNR因素, 从而避免接收端节点因误码率过高而导致通信阻塞。仿真结果表明, 所提机制在非理想的光网络环境下能够有效提高光路建立的成功率。

由于室内环境的特殊性, 传统定位技术在室内的应用受到诸多限制。针对室内定位问题, 提出了一种基于智能手机的可见光室内定位方案。该方案利用室内LED(发光二极管)照明光源作为定位信标, 通过智能手机内置摄像头的卷帘快门工作方式, 接收LED照明光源发出的可见光调制信号, 结合手机应用软件内的图像处理算法提取信标信息, 从而实现智能手机可见光定位功能。实验结果验证了该方案的可行性及有效性。

基于可见光通信技术原理, 设计开发了一款便携式光天线设备, 该设备具有带宽大、安全性高和无电磁辐射污染等优点; 上下行通信链路均使用1 W白光LED(发光二极管)作为发射光源, 能够同时满足照明和通信的需求; 设计了发射机电路和高灵敏度接收机电路, 对传输数据进行曼彻斯特编解码处理, 大幅提升了接收端灵敏度; 使用UART(串行异步收发)接口进行数据收发, 实现了传输速率为115.2 kbit/s、传输距离为3 m的全双工数据收发, 可满足在电磁辐射敏感的场合进行短距低速通信的需求。