1 西安邮电大学 电子工程学院, 西安 710121
2 中国船舶集团公司第705研究所 水下信息与控制重点实验室, 西安 710119
为了提升无线光通信系统接收灵敏度, 采用一种基于改进基分类器系数的AdaBoost弱光信号检测算法, 解决多像素光子计数器(MPPC)在弱光条件下的信号检测问题。该算法采用k最近邻(KNN)为基分类器组建强分类器, 针对传统AdaBoost算法基分类器系数仅与错误率有关而产生冗余的基分类器消耗系统资源的问题, 提出一种基于错误和正确分类样本权重的基分类器系数优化AdaBoost算法(W-AdaBoost), 将信号解调问题转换为分类问题; 并采用波长450 nm半导体激光器、MPPC光电转换器件搭建了无线光通信系统。结果表明, 系统在通信速率为2 Mbit/s、误比特率为3.8×10-3时, 改进的W-AdaBoost-KNN算法较传统AdaBoost-KNN和单一KNN算法,灵敏度分别提升了1.6 dB和4.8 dB左右。此研究结果说明W-AdaBoost-KNN算法可提高弱光条件下的信号检测效率, 提升无线光通信系统接收灵敏度。
光通信 AdaBoost算法 多像素光子计数器 集成学习 信号检测 optical communication AdaBoost algorithm multi pixel photon counter ensemble learning signal detection
1 西安邮电大学电子工程学院，陕西 西安 710121
2 中国船舶重工集团第705研究所水下信息与控制重点实验室，陕西 西安 710077
基于四波混频效应的全光波长转换技术在解决全光信号处理问题中至关重要。波长转换是通过波长转换器将受阻的数据转换到其它空闲波长上进行输出，可解决资源分配不足、通信质量降低的问题。硅基波导及光子晶体光纤等都可用于波长转换，但对于短距离通信，硅基波导更具优势。构建了一种新型MEH-PPV硅基光波导，通过有限元法对其进行了色散调控，分析了该波导在最佳结构下的相位失配特性及非线性系数的变化特性。结合该波导的传输损耗、相位失配特性以及非线性系数，建立了基于泵浦简并条件下的四波混频数学模型，分析了不同信号光功率、泵浦光功率以及波导长度下的波长转换效果。结果表明：采用MEH-PPV材料作为夹层的slot硅基波导，最大波长转换效率约为16 dB，其转换带宽为400 nm左右，在全光信号处理领域具有广泛的应用前景。
光学器件 波长转换 全光信号处理 四波混频 slot硅基波导 MEH-PPV 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1723001
1 西安邮电大学 电子工程学院, 西安 710121
2 中国船舶重工集团第705研究所 水下信息与控制重点实验室, 西安 710077
为了研究孔径接收对各向异性海洋湍流条件下水下无线光通信(UWOC)系统误比特率的影响, 系统采用高斯光束传输, 接收端通过孔径接收, 在脉冲位置调制方式下通过各向异性海洋湍流信道。引入各向异性海洋湍流结构常数, 通过对闪烁的形成原理和各向异性海洋湍流条件下闪烁系数的分析, 数值模拟得到了在不同接收孔径和各向异性因子下, 海洋湍流参量、传输距离、雪崩光电二极管(APD)平均增益和调制阶数对系统误比特率的影响。结果表明, 相同各向异性因子和海洋湍流参量下, 大孔径接收能有效提升系统误比特率性能; 相同孔径直径和海洋湍流参量下, 各向异性因子越大, 系统通信性能越好; 均方温度耗散率、温度和盐度对海洋功率谱变化贡献的比值较小, 湍流动能耗散率、动力粘度较大以及传输距离越短, 系统误码性能越好; APD增益为100或150时, 系统通信性能最佳; 调制阶数M=8时, 系统通信性能最佳, M>64时, 系统误比特率变化程度几乎饱和。该研究为UWOC系统平台搭建和性能估计提供了参考。
光通信 孔径接收 各向异性海洋湍流 高斯光束 误比特率 optical communication aperture receiving anisotropic ocean turbulence Gaussian beam bit error rate
1 西安邮电大学电子工程学院，陕西 西安 710121
2 中国船舶重工集团705研究所水下信息与控制重点实验室，陕西 西安 710000
针对多像素光子计数器（MPPC）恢复信号的过程中易受背景光干扰且同步时钟信号提取困难的问题，提出一种基于MPPC的改进型光子计数同步通信方法。首先利用MPPC完成光电转换，采用泊松分布模型中的均值（MV）、安斯库姆根（AR）变换和最大似然（ML）最优阈值检测算法对电脉冲进行预判决；然后生成相位不同的门控周期时钟，并将其作为使能信号以统计脉冲计数总和，通过查找其最大值的方式确定最佳时隙相关同步时钟；最后比较每比特脉冲计数与计数阈值的相对大小以确定比特信息。为了验证方法的有效性，搭建基于MPPC的无线光通信系统。实验结果表明，在波长为520 nm、通信速率为2 Mbit/s、采样频率为200 MHz和比特误码率为3.8×10-3的条件下，改进型PCPB-MV、PCPB-AR和PCPB-ML检测算法的灵敏度较传统检测算法可分别提升3.0 dB、3.2 dB和3.8 dB。
激光与光电子学进展
2021, 58(21): 2125001
1 西安邮电大学电子工程学院，陕西 西安 710121
2 中国船舶重工集团第705研究所水下信息与控制重点实验室，陕西 西安 710077
应用广义的惠更斯-菲涅耳原理及改进的Rytov方法，采用基于Gamma-Gamma光强概率分布的海洋湍流信道模型，得到了中断概率解析式。并在此基础上对各向异性海洋湍流高斯光束外差式差分相移键控（DPSK）调制的中断概率性能进行了研究。仿真分析了不同的各向异性海洋湍流下各种海洋湍流参数（温度与盐度波动对功率谱变化贡献之比、单位质量流体动能耗散率、均方温度耗散率）、传输距离、DPSK调制的数据传输速率对中断概率的影响。为降低高斯光束DPSK调制下的中断概率、提高通信质量及可靠性提供了理论依据。
海洋光学 水下无线光通信 各向异性海洋湍流 高斯光束 外差式差分相移键控 Gamma-Gamma信道模型 激光与光电子学进展
2021, 58(19): 1901004
中国船舶重工集团公司第705研究所， 陕西 西安 710075
文章介绍了一种重量轻、体积小、便于人员携带的光纤动态传输系统，该系统以小型线团、单波长双向光端机为核心，实现了光纤动态释放与传输。实验结果表明，在便携式光纤动态传输系统中，光纤释放安全可靠，传输系统性能优良，可应用于人员携带的光纤传输领域。
光纤线团 动态传输 绕制与释放 optical fiber clew dynamic transmission winding and payout
1 西北工业大学应用物理系光子学研究室,西安,710072
2 中国科学院上海硅酸盐研究所无机功能材料重点实验室,上海,200050
采用两束相干平行光形成的干涉光场辐照LiNbO3∶ Fe晶体,通过光折变效应在晶体中写入了阵列平面光波导.分别采用马赫-曾德干涉仪光路和光栅衍射法测量了阵列平面光波导的横向折射率分布和周期,并对所写入的阵列平面光波导进行了初步的导光测试.实验结果表明,用这种方法写入阵列平面光波导简便可行.
光折变效应 LiNbO3∶ Fe晶体 阵列平面光波导 折射率分布
西北工业大学应用物理系光子学研究室,西安,710072
从实验上研究了不同外加直流电场作用下固液同成分的SBN: Cr和SBN: Rh晶体的光致折射率变化规律.测量结果表明:无外加电场作用时,晶体中的光致折射率变化不明显;若在光辐照晶体的同时,沿晶体c轴方向施加一定方向的外电场,则晶体中即刻出现显著的光致折射率变化.这种折射率变化随外加电场的增大而增大,并且电场方向不同,折射率变化的正负也不同.因而可以通过改变外加电场的极性和幅度控制SBN: Cr和SBN: Rh晶体中光致折射率的变化特性,这对于在该类晶体中制作动态光波导具有重要意义.
光致折射率变化 SBN: Cr晶体 SBN: Rh晶体 外电场
