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
具有高载波频率与可用大带宽的太赫兹频带（频率范围0.1~10 THz）已成为满足未来6G移动通信网络所需的100 Gbit/s甚至1 Tbit/s超高数据速率的候选频段。与完全使用电子器件生成太赫兹信号的全电方式相比，光子辅助技术可以突破电子器件带宽限制的瓶颈，生成高频率、大带宽、频率灵活可调，并易与大容量光纤链路集成的太赫兹信号。基于光子学辅助技术与各种先进器件及数字信号处理算法，在宽带太赫兹通信和感知的多个领域取得了重大成果：在大容量太赫兹传输领域，综合应用多维复用技术，实现了最大容量6.4 Tbit/s的光子太赫兹信号传输；在远距离太赫兹传输领域，设计了高增益太赫兹天线模块，实现了长达400 m的335 GHz太赫兹无线传输距离；在实时太赫兹通信领域，基于商用数字相干光学模块实现了创纪录的100、2×100 GbE太赫兹实时通信系统；在太赫兹通信与感知一体化领域，分别基于时分复用与频分复用方案生成了通信与感知一体化信号，同时实现了太赫兹频段的大容量通信与高精度感知功能；在太赫兹有线传输领域，基于镀银金属空芯光纤，实现了300 GHz频段太赫兹信号的1 m有线传输，系统净容量超过140 Gbit/s。本文分别对以上系统的实验装置进行了详细的介绍，并对实验结果进行了讨论。
光子辅助技术 大容量太赫兹传输 长距离太赫兹传输 太赫兹实时通信 太赫兹通信感知一体化 金属空芯光纤 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0106001
Author Affiliations
Abstract
1 School of Information Science and Technology, Fudan University, Shanghai 200433, China
2 Changfei Optical Fiber and Cable Joint Stock Limited Company, Wuhan 430073, China
3 Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210000, China
We experimentally transmit eight wavelength-division-multiplexing (WDM) channels, 16 quadratic-amplitude-modulation (QAM) signals at 32-GBaud, over 1000 km few mode fiber (FMF). In this experiment, we use WDM, mode division multiplexing, and polarization multiplexing for signal transmission. Through the multiple-input–multiple-output (MIMO) equalization algorithms, we achieve the total line transmission rate of 4.096 Tbit/s. The results prove that the bit error rates (BERs) for the 16QAM signals after 1000 km FMF transmission are below the soft-decision forward-error-correction (SD-FEC) threshold of , and the net rate reaches 3.413 Tbit/s. Our proposed system provides a reference for the future development of high-capacity communication.
optical fiber communication mode division multiplexing few-mode fiber multiple-input–multiple-output high-capacity transmission long-distance transmission Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 010602
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津 300072
应用双准直光束测量滚转角时，双准直光束夹角易受环境变化、机械形变等因素的干扰，严重影响测量精度。双准直光束测量滚转角对光斑位置敏感，而偏振测量滚转角取决于入射光的偏振态，受激光角漂的影响相对较小。因此，为提升长距离下五自由度测量中滚转角的误差测量精度，提出了一种基于偏振的双准直光束测量滚转角的自校准方法，在导轨的不同位置使用双准直光束和偏振分别测量接收端的滚转角姿态，计算出双准直光束夹角，进而校准双准直光束测量结果，提升测量精度。实验结果表明：在测量范围为0.75~2.00 m内，校准后滚转角测量误差减小88.97%，满足长距离实时滚转角测量对高精度、易装调的要求。
滚转角测量 双准直光束 偏振 自校准 长距离 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2312002
光学 精密工程
2022, 30(20): 2467
1 中国科学院国家空间科学中心复杂航天系统电子信息技术重点实验室，北京 100190
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院大学杭州高等研究院基础物理与数学科学学院，浙江 杭州 310024
星间超远距离传输仿真在精密激光测距任务中发挥着重要的作用。激光在星间的传输距离可达几百至百万公里量级，由于探测过程中的波前像差和衍射效应，无法直接采用经典高斯光束追迹的方法对其进行仿真。本文应用模式分解法对星间超远距离衍射传输进行仿真，通过与解析解和夫琅禾费衍射积分计算结果的对比分析以验证仿真精度，分析分解阶数、初始高斯光束腰半径与圆孔半径之比等参数对仿真精度的影响，从而为空间精密激光测距任务仿真提供一种兼顾计算精度和效率的数值模拟方法。
衍射与光栅 空间精密激光测距 衍射传输 模式分解法 超远距离 激光与光电子学进展
2022, 59(21): 2105002
国家管网集团 西南管道有限责任公司,成都 610000
西南山区管道光缆穿越许多复杂区域(山地、河流、隧道和农田等),地质变形和人为破坏等常导致光纤断芯发生,严重影响了管道的安全生产运输。基于光的瑞利散射原理,检测散射光返回时间,判断故障点位置,同时可以采集分析光缆周围的振动信号特征。不同区域由于表层结构差异和背景噪声不同等因素影响,采集到的信号各不相同。文章对不同地形光缆信号进行处理分析后,归纳总结了不同区域下光缆接收到的外界信号特征,有助于感知复杂环境下的管道光缆线路状态,为管道安全运行提供了决策支持,达到了预警的目的,利于后续管道安全预警系统的搭建。
光纤传感 长输管道 信号分析 optical fiber sensing long-distance pipeline signal analyses
