天津大学精密仪器与光电子工程学院，光电信息技术教育部重点实验室， 天津市光纤传感工程中心，天津 300072
提出一种基于光频域反射（OFDR）差分相位解调的拉锥光纤分布式折射率传感方法。首先，理论分析了差分相位解调方法的原理并仿真计算了相位随外界折射率变化的灵敏度特性。实验中利用平均去噪与小波平滑实现了340 μm传感空间分辨率的分布式折射率传感解调，其中有效传感区域的长度为45 mm，相位与外界折射率变化的线性拟合度为0.997，各折射率下的最大标准差为0.0067 rad，灵敏度为1328.6 rad/RIU，接近仿真结果1483.7 rad/RIU。与互相关解调方法相比，差分相位解调方法的线性拟合度与标准差均较优，且传感空间分辨率提升了10倍。这种基于差分相位的解调方式为实现微米级分布式生物传感提供了思路。
光纤光学 分布式光纤传感 折射率传感 光频域反射技术 差分相位解调 拉锥光纤
提出一种基于三芯结构空芯反谐振光纤的太赫兹耦合器。采用有限元分析法对太赫兹光纤的模式特性进行分析，并基于耦合理论得到其耦合特性曲线。仿真结果表明，三芯结构模式具有比单芯结构更低的传输损耗，其耦合长度可通过改变纤芯间隔和隔离包层管的间隙进行调节。采用长度为223.2 mm的三芯结构空芯光纤可以实现插入损耗小于3.5 dB、带宽达到0.52 THz的宽带、均匀分束。
光学器件 空芯太赫兹光纤 反谐振 模式耦合 损耗特性 带宽分析
中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部，上海 201800
光电互联技术在光电通信、光电导航等**领域，高性能处理器以及民用通信等领域有着独特的优势。对于目前高性能计算和高速率通信系统中，无论是板到板还是板内各模块之间的链路，对更高带宽的需求持续增加，光电互联可代替传统电互联解决这一问题，同时降低系统成本与功耗，使系统微型化、高性能化。光电互联技术按光传输介质可分为自由空间光互联技术、聚合物光波导光电互联技术、光纤光电互联技术三类。简要介绍了光电互联技术的定义与三类光电互联技术，阐述了国内外聚合物光波导光电互联技术与光纤光电互联技术的发展动态，讨论对比了三类光电互联技术优缺点，指出了该领域的关键技术与发展趋势，为我国在该领域未来的研究方向提供参考。
光电子 光电互联 聚合物光波导光电互联 光纤光电互联 光电印刷电路板 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706020
Author Affiliations
Abstract
1 Information Materials and Intelligent Sensing Laboratory of Anhui Province, Key Laboratory of Opto-Electronic Information Acquisition and Manipulation of Ministry of Education, School of Physics and Opto-electronics Engineering, Anhui University, Hefei 230601, China
2 School of Instrument Science and Opto-electronics Engineering, Laboratory of Optical Fibers and Micro-nano Photonics, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China
3 School of Opto-electronic Engineering, Zaozhuang University, Zaozhuang 277160, China
Random lasers are a type of lasers that lack typical resonator structures, offering benefits such as easy integration, low cost, and low spatial coherence. These features make them popular for speckle-free imaging and random number generation. However, due to their high threshold and phase instability, the production of picosecond random lasers has still been a challenge. In this work, we have developed three dyes incorporating polymer optical fibers doped with various scattering nanoparticles to produce short-pulsed random fiber lasers. Notably, stable picosecond random laser emission lasting 600 ps is observed at a low pump energy of 50 µJ, indicating the gain-switching mechanism. Population inversion and gain undergo an abrupt surge as the intensity of the continuously pumped light nears the threshold level. When the intensity of the continuously pumped light reaches a specific value, the number of inversion populations in the “scattering cavity” surpasses the threshold rapidly. Simulation results based on a model that considers power-dependent gain saturation confirmed the above phenomenon. This research helps expand the understanding of the dynamics behind random medium-stimulated emission in random lasers and opens up possibilities for mode locking in these systems.
random laser polymer optical fiber gain-switched laser picosecond pulse Chinese Optics Letters
2024, 22(4): 040603
Author Affiliations
Abstract
1 College of Electronic and Information Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590, China
2 State Key Laboratory of Mining Disaster Prevention and Control Co-Founded by Shandong Province and the Ministry of Science and Technology, Qingdao 266590, China
In view of the problem that the sensing characteristics of the multi-mode interferometric fiber sensors cannot be accurately analyzed, an analysis method based on the fast Fourier transform (FFT) and inverse fast Fourier transform (IFFT) is proposed and demonstrated theoretically and experimentally. The suitabilities of the rectangular window function with the narrow main lobe (high spectrum resolution) and low side lobe (high main mode energy leakage) and the Hanning window function with the wide main lobe (low spectrum resolution) and high side lobe (high energy concentration) in this kind of sensor analysis are discussed, respectively. This method can not only realize the sensing performance analysis of the various modes, but also overcome the inconsistency of the different interference wavelength (dip) sensing characteristics in the conventional analysis methods. At the same time, this method is also beneficial to solve the repetitive problem of such sensors.
Window function FFT optical fiber interferometric sensor analysis method Photonic Sensors
2024, 14(1): 240124
1 西北大学物理学院，陕西 西安 710127
2 陕西省油气资源光纤探测工程技术研究中心，陕西 西安 710065
提出了一种基于光纤超声传感技术的岩石含水率检测新方法。在实验中，以压电换能器（PZT）发出的1 MHz超声波作为声源，采用超声波透射法，通过刻写在细芯光纤中的一对光纤光栅检测岩石的超声波信息（包括时域以及频域的结果），并与相同条件下的PZT接收结果进行比较。随着岩石含水率的增加，光纤传感器表现出与PZT相似的响应趋势，且测得的含水率绝对偏差较小，充分证明了光纤探测岩石含水信息的可行性和优越性。
光纤光学 红砂岩 含水率 超声波 光纤检测
复旦大学信息科学与工程学院电磁波信息科学教育部重点实验室，上海 200433
为了在保持帧结构完整性的同时，低代价地传输管理和控制信号，提出面向高速频分复用相干无源光网络（FDM-CPON）的两种传输管理和控制信号传输机制，即数字端辅助管理和控制通道（AMCC）和数据通道的相加和相乘。通过将AMCC传输的通断键控（OOK）信号映射为数据通道信号幅值的变化，完成数据通道信号幅值再调制，成功将AMCC与数据通道相结合，实现了管理和控制信号与数据通道信号的同步传输。实验结果表明，在基于16QAM传输20 km光纤的200 Gbit/s FDM-CPON系统中，当AMCC的带宽和调制因子（MI）相同时，乘性AMCC对于信号性能的影响更小，自身传输信号的质量也更高。在AMCC的MI为26.1%、带宽为24.4 MHz时，乘性AMCC对信号灵敏度的惩罚比加性AMCC小3 dB。以上研究为未来高速相干频分复用无源光网络AMCC传输与系统设计提供重要参考。
光通信 相干无源光网络 相干光通信 光纤通信 频分复用 辅助管理和控制通道
1 武汉光迅科技股份有限公司，武汉 430205
2 光通信技术和网络全国重点实验室，武汉 430074
3 武汉邮电科学研究院有限公司，武汉 430074
4 中国移动通信有限公司，北京 100033
【目的】针对分布式光纤传感系统单跨传感距离受限问题，文章提出了基于远程泵浦光放大器（ROPA）遥泵技术的相位敏感光时域反射仪（φOTDR）分布式光纤传感系统。
【方法】采用偏振分集接收技术，获取彼此正交的偏振信号以解决偏振失配问题，分频带处理后抑制相干衰落与偏振衰落。应用高阶拉曼泵浦技术与级联遥泵放大技术，3个远程增益单元选取合适的增益介质长度，引入传输链路中适当位置，耦合远程泵浦单元发送的泵浦光与信号光使铒离子得到激励，实现信号光的无中继放大，解决了现有φOTDR单跨距传感距离不足的问题。
【结果】实验结果表明，采用同相正交（IQ）解调算法，压电换能器（PZT）加扰的100 Hz扰动信号可实现线性还原。
【结论】结果表明，文章所提系统可实现176.6 km超长单跨距振动信号传感，打破了现有φOTDR单跨距传感距离记录。前176 km振动曲线平稳且振幅低于0.4 rad，三维（3D）瀑布图中无扰动位置相对平稳，链路末端PZT加扰的扰动信号可准确感知。经快速傅里叶变换（FFT）处理后，100 Hz扰动信号的信噪比为8.9 dB。实验结果对于搭建超长跨距φOTDR传感系统提供了一定参考价值，对φOTDR系统的无中继超长距离传感发展具有一定意义。
分布式光纤传感技术 相位敏感光时域反射仪 远程泵浦光放大器 distributed optical fiber sensor technology φOTDR ROPA 光通信研究
2024, 50(2): 22007601
1 国网新疆电力有限公司 电力科学研究院，乌鲁木齐 830000
2 北京邮电大学 信息光子学与光通信国家重点实验室，北京 100876
3 国网新疆电力有限公司 电力调度控制中心，乌鲁木齐 830000
【目的】地震等自然灾害具有持续性和大范围的特性。灾害在发生过程中会持续性损伤光网络的链路资源，造成其链路风险不断变化。面对持续变化的链路风险，业务恢复规划不当可能导致恢复业务再次发生故障。从业务角度来看，重复故障将导致数据传输的多次中断，且随着灾害发生，后续的链路状态损伤加剧可能导致无法恢复此业务。从网络管控方面来看，重复恢复会造成算路资源浪费，占用其他业务的恢复资源。同时，由于业务传输的数据重要性不同，不同业务对传输可靠性的需求存在差异，在发生故障时，高重要度业务应优先恢复。因此，在大规模持续性灾害场景下，综合考虑灾害对链路风险的持续性影响以及不同业务对路径可靠性需求的差异性进行业务恢复是一个值得研究的问题。文章针对此问题提出了一种持续性灾害下基于链路风险感知的业务恢复算法——动态链路风险重路由算法（DLRRA）。
【方法】首先，针对业务重要度和链路风险，文章建立了业务重要度与链路风险评估模型，并在此基础上提出了优化目标路由可靠度。DLRRA结合优化目标充分考虑了灾害对链路持续性影响造成的链路风险度变化，通过优先为高重要度的故障业务分配低风险的恢复资源，避免了在灾害持续发生过程中同一高重要度业务发生2次故障的风险。
【结果】仿真结果表明，DLRRA恢复的首次业务较传统算法的2次故障概率降低了11%，且在高负载下的平均重要度提高了10%。
【结论】因此，该算法有效避免了持续性故障造成的业务多次中断带来的损失，保证了重要业务在灾害环境中的持续稳定运行。
光网络 光纤损伤 链路风险 故障恢复算法 optical networks optical fiber damage link risk fault recovery algorithm 光通信研究
2024, 50(2): 22006901
