为了实现高精度分布式温度传感的精确采样, 论述了一种基于动态过采样技术的光纤喇曼散射温度传感系统。系统采用现场可编程门阵列(FPGA)动态调整采样时钟相移的方法, 实现了对斯托克斯信号和反斯托克斯信号的空间动态过采样, 对250 MHz采样时钟实现了4倍空间过采样, 等效采样率达到1 GHz。该方法能够很好地捕获纳秒级散射光脉冲, 具有长距离、高分辨率的温度探测能力。

针对相位敏感型光时域反射仪(Φ-OTDR)系统无法分别定位间距小于其脉冲宽度的临近双振源的问题, 通过分析临近双振源条件下Φ-OTDR信号的高次谐波特征及其在空间中的分布特性, 提出一种基于双谱边际谱的定位方法。该方法在不改变硬件器件的情况下, 可提高Φ-OTDR系统对临近双振源的分辨能力。实验测试表明: 在200 ns脉冲宽度下(对应20 m空间分辨率), 无论双振源以不同频率还是以相同频率振动, 该方法均能分辨并分别定位相距5 m的2个振源。该研究工作将促进Φ-OTDR在管道安全监测以及结构健康监测中的应用。

煤矿开采过程中的水灾害往往带来各种巨大损失, 而对矿井渗水的监测一直比较困难。基于光纤微弯损耗原理和光时域反射(OTDR)技术, 提出了一种针对矿井渗水的检测定位方法。结合膨胀土防水毯(GCL)遇水膨胀的特性, 井壁渗水区的GCL膨胀并传导形变至与之紧贴的光纤, 通过光纤微弯损耗原理获取对渗水情况的检测结果, 同时结合OTDR原理, 可对出现弯曲损耗的形变点即渗水点进行定位。实验证明渗水位置与测量结果基本吻合, 该方法具有较好的定位效果。

针对长距离油气管道预警信号所产生的庞大信息量问题以及预警信号精准识别问题, 提出以现场可编程门阵列(FPGA)和数字信号处理器(DSP)作为硬件平台核心部件的预警系统, FPGA主要完成预警信息的高速采集控制, DSP主要进行大信息量及预警信号精准识别算法的快速处理, FPGA和DSP通过高速接口进行数据传输, 以实现对管道入侵行为进行迅速而精准的报警。完成了上位机和下位机的各功能模块设计, 采用C#开发语言进行了软件系统设计, 通过网络协议的通信方式实施对管道系统的实时监测。最后对系统进行了实验验证, 证明了系统的可行性及准确性。

对影响高速率通信传输距离容限的入纤光功率进行了详细分析, 针对入纤光功率受限问题, 提出了一种基于远端铒纤放大(REOA)的系统解决方案, 提高了高速率传输系统的等效入纤光功率, 从而提高了系统的传输距离容限, 并且理论分析了该系统方案的等效入纤功率与REOA前段光纤的损耗和REOA的输出功率有关。通过单载波400 Gb/s速率传输试验证实: REOA系统比普通系统的等效入纤光功率提高了14.27 dB, 单跨距传输系统链路长度提高约70 km。

在同步数字体系(SDH)中, 定位过程中的指针调整会使输出信号产生较大的抖动, 为保证信号的质量, 提出一种用于SDH中E1支路接收端的去同步电路。该电路由自适应滤波器和中等带宽的二阶数字锁相环(PLL)组成。PLL中的数控振荡器由串行累加器和双模分频器组成, 采用鉴频鉴相并置的方法, 并使用了数字滤波器。通过建立数学模型, 对其工作过程及输出抖动进行分析。实验结果表明其性能指标可以满足ITU-T的相关标准。

在10G 无源光网络(PON)商用之后, 下一代PON的成本和向前兼容性是影响后续发展的重要因素。为了尽量利用运营商在现有光分配网络(ODN)上的投资以及与原来的PON共存, 着重讨论基于时分复用(TDM)的单波长25G PON方案的物理层技术以及成本控制相关的技术要点。对于50G PON的技术演进, 则简要介绍了调制方案的特点和新引入的数字信号处理(DSP)技术。最后对25G和50G PON在行业内的现状和发展做了归纳和展望。

针对无线激光通信系统的粗跟踪控制技术难点, 设计了串级粗跟踪控制结构, 引入了线性自抗扰控制器, 采用线性扩张状态观测器观测系统的总扰动, 并进行了模拟动态跟踪实验, 对比在0.5 Hz、1 Hz和2 Hz扰动下, 线性自抗扰控制器和比例积分微分控制器的控制误差。实验结果表明线性自抗扰控制器具有更高的控制精度和更好的稳定性。

针对可见光通信系统中由多径效应引起的信道衰落和接收端被遮挡造成的通信中断问题, 采用分集接收技术作为解决方案来提高通信质量。考虑到接收机复杂度和系统实现的性能代价比, 首先引入了处理相对简单但又具备分集优势的选择性合并方式, 其次通过对选择合并方式的支路数目分析, 设计了4路选通电路作为分集接收的信号处理电路, 最后完成了电路仿真和实物测试。测试结果表明: 与未加分集电路接收装置的接收系统相比, 采用分集接收技术后信噪比(SNR)提高了10 dB。

白光发光二极管(LED)的响应速度, 会影响通信链路的调制带宽, 更直接限制了白光通信系统的数据传输速率。为了提高在调制带宽受限时的通信速率, 设计了一种变周期调制的白光通信系统。系统发送端由微控制器产生数据源, 采用现场可编程门阵列(FPGA)对数据进行组帧、调制, 经驱动电路及LED光源发送。系统接收端的FPGA对经过光电二极管及信号调理电路输出的数字信号进行解调。实验结果表明: 相对于开关键控、脉冲位置调制和差分脉冲位置调制等数字基带调制方式, 系统有效地提高了数据传输速率。

非线性是限制可见光通信(VLC)系统传输性能的一个重要因素。正交频分复用(OFDM)技术虽然可以有效提升VLC的频谱效率, 但其较高的峰均值比使得系统受到更多非线性损伤的影响。提出了一种基于长短期记忆网络(LSTM)的后失真补偿方法, 建立局部信号的联系, 补偿VLC系统中的线性与非线性传输损伤。仿真表明: 视距传输下, 相比于基于线性递推最小二乘法、基于沃尔泰拉级数和基于记忆多项式的后失真补偿方法, 基于LSTM的后失真补偿方法改善了信号的前向误差幅度性能, 在达到相同误码率条件下提高了信号的偏置电压和动态范围, 降低了约4 dB的信噪比需求。

光子晶体光纤(PCF)的内部结构及材料对传输特性具有重要影响, 构建PCF的仿真模型能够快速有效地优化光纤的设计和缩短研制周期。采用全矢量有限元数值仿真方法, 研究了结构参数对PCF的模式特征、双折射、非线性、有效面积、限制损耗和色散等特性指标的调控机制, 并通过在纤芯中心位置引入轴对称分布椭圆形空气孔的方式, 实现了在1.55 μm波长处获得了高达1.39×10-2的双折射、10-7量级的限制损耗和高达37.98 W-1·km-1、44.39 W-1·km-1的HE■■、HE■■非线性系数, 以及在0.8~2.0 μm波段获得了色散值为-1.3±0.3 ps/(km·nm)的近零色散平坦。

光纤法布里-珀罗(F-P)腔传感器作为温度传感器, 应用广泛。提高光纤制作材料及成分的光电特性有利于提高温度传感器的灵敏性。基于光纤熔接与抛磨技术制备了一种基于硅锗芯光纤的F-P腔温度传感器, 其制备过程为: 先用优化的熔接参数将普通单模光纤与硅锗芯光纤熔接, 再通过光纤抛光的方式抛磨硅锗芯光纤, 其长度可通过观察抛磨过程中反射光谱的自由光谱范围精确控制。实验结果表明: 熔接端面光滑平整, 其反射光谱的强度比单模光纤平端高7.7 dB; 硅锗芯光纤F-P腔传感器具有较高的温度灵敏度, 可达116.1 pm/℃。