西南交通大学信息科学与技术学院信息光子与通信研究中心，四川 成都 611756
传统基于频域-时域变换的微波光子解调技术应用于光纤布拉格光栅（FBG）传感网络时，为精确解调每一个FBG峰值，须确保对应时域响应信号不发生叠加，这对传感网络中FBG的空间间隔和波长间隔提出了严格要求，限制了微波光子解调技术的应用范围。针对存在的问题，将一种有效的元启发式算法，即算术优化算法（AOA），引入到基于频域-时域变换的微波光子解调技术中，实现了在时域信号叠加下对FBG的精确解调。实验构建了包含6个FBG的传感网络，通过对某一FBG施加轴向应变，验证了在时域信号部分叠加和完全叠加下AOA对FBG峰值解调的可行性。此外，与其他6种元启发式算法进行对比分析，验证了AOA在解调精度、解调速度与收敛效率等方面的性能优势。AOA提升了微波光子解调技术面向密集光纤布拉格光栅传感网络的解调能力。
微波光子解调技术 光纤布拉格光栅阵列 算术优化算法 光学学报
2023, 43(22): 2206002
1 西南交通大学信息科学与技术学院，四川 成都 611756
2 上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，上海 200240
提出并实验验证了一种基于硅基片上光路由的大规模光载一体化接收机多天线全球导航卫星信号（GNSS）差分定位系统。该系统基于光载无线（RoF）分布式天线架构实现远端多点GNSS信号采集，并利用低损耗、大带宽、抗电磁干扰的RoF传输链路实现远端采集GNSS信号的本地端集中式接收。在本地端处，利用互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺兼容的高速硅基光开关芯片实现不同监测节点光载GNSS信号的定时切换与差分解算，构建基于片上光路由的时分复用型一体化接收机多天线GNSS定位系统。在实验中，利用自主研制的1×8马赫-曾德尔干涉型热光硅基光开关芯片构建了具有5个远端监测节点的多天线GNSS定位实验系统，GNSS信号的RoF传输距离为10 km。实验结果表明，该光开关芯片模块的实时响应时间小于200 μs，可在无需额外光放大的条件下稳定支撑10 km外5个远端监测节点的高精度定位，其在东（E）、北（N）、高（U）方向的定位精度均达到毫米量级。
光电子学 微波光子学 硅基光开关芯片 全球导航卫星系统 一体化接收机多天线 高精度定位 光学学报
2022, 42(24): 2425001
西南交通大学信息科学与技术学院信息光子与通信研究中心，四川 成都 611756
针对传统基于频域-时域变换的微波光子滤波解调技术应用于多点或准分布式传感系统时解调精度受限于射频（RF）响应测量带宽的问题，借助频谱细化算法选带快速傅里叶变换（Zoom-FFT）的思想，推导出时域细化表达式，有效解决了RF响应测量带宽、解调速率和解调精度三者之间相互制约的问题。相比于直接和补零离散傅里叶逆变换，在相同时域分辨率下，所提算法能大大降低对RF响应测量带宽的要求和频域-时域转换时的计算量，同时可有效提升解调速率。在验证性实验中，构建了包含5个光纤布拉格光栅（FBG）的多点传感系统，测试结果表明：在相同时域分辨率下，所提算法所需的计算点数减少为补零算法的1/200，运算时间降低为补零算法的10/145；对于给定的5 GHz扫频带宽，当采样点数大于1000点时即可实现亚皮秒级的时域分辨率，对应的FBG的波长解调精度为皮米量级。
光通信 微波光子滤波解调 时域细化算法 光纤光栅阵列 光学学报
2022, 42(23): 2306003
西南交通大学信息光子与通信研究中心，四川 成都 611756
针对跨洋光纤通信系统中存在严重的噪声累积和非线性效应等问题，将概率整形（PS）技术与子载波复用（SCM）技术相结合以缓解跨洋传输链路损伤，进而实现系统传输性能的提升。通过在商用VPI软件中搭建跨洋光纤传输仿真链路，对单载波和双子载波复用系统进行仿真研究。仿真结果表明，在20%的FEC阈值条件下，均匀（H=4）双子载波和PS（H=3.6，H=3.7，H=3.8）双子载波PDM-16QAM系统的传输距离相比均匀（H=4）单载波PDM-16QAM系统分别提升了2.3% （405 km）、21% （3698 km）、19.7% （3468 km）和14.5% （2549 km）。随后，搭建光纤环路传输实验平台，进一步验证所提方案的可行性。实验结果表明，在20% 的FEC阈值条件下，均匀双子载波和PS（H=3.8）双子载波PDM-16QAM系统的传输距离相比均匀单载波PDM-16QAM系统分别提升了5.6% （282 km）和46.2% （2323 km）。仿真与实验结果表明，在跨洋光纤通信系统中引入PS与SCM可有效提升系统的传输性能。
光通信 概率整形 子载波复用 非线性效应 跨洋光纤通信 光学学报
2022, 42(20): 2006001
1 西南交通大学信息光子与通信研究中心，四川 成都 611756
2 长飞光纤光缆股份有限公司光纤光缆制备技术国家重点实验室，湖北 武汉 430070
3 武汉光迅科技股份有限公司，湖北 武汉 430205
4 鹏城实验室，广东 深圳 518000
近年来网络数据流量呈现爆发式增长，光纤通信系统作为全球宽带网络的基础，已承载着90%以上的数据流量，并继续朝着多维、超大容量、超长距离等方向发展。搭建了一套模拟跨洋传输的超高容量距离积单模光纤传输系统实验平台。在发射端，根据传输信道光信噪比，采用不同信息熵产生不同传输速率的偏振复用概率整形16阶正交幅度调制光信号。光纤传输链路是由国产超低损大有效面积光纤与国产超宽带低噪声C波段掺铒光纤放大器组成。整个系统基于129个波长信道（波长范围为1529.8~1568.2 nm）进行了传输验证，得到的传输容量为28.09 Tbit/s，传输距离为12000 km，总容量距离积达到337 Pbit·s-1·km。
光通信 高速光纤通信 跨洋传输系统 波分复用 偏振复用 概率整形调制格式 光学学报
2022, 42(17): 1706003
西南交通大学信息科学与技术学院, 四川 成都 611756
设计并实验验证了一种基于双驱马赫-曾德尔调制器(DDMZM)和受激布里渊散射(SBS)窄带光子滤波的新型镜像抑制微波光子混频器结构。将射频(RF)和本振(LO)信号分别输入至DDMZM上下臂的射频端口,控制偏置电压,使得由RF和LO信号所引起的光边带之间满足等效相位调制关系,以抑制由RF同LO光边带拍频产生的带内干扰中频(IF)信号。进一步地,借助SBS损耗谱的窄带光子滤波特性,将有用RF光边带同LO光边带之间的等效相位调制关系转换为强度调制,实现了有用IF信号的产生。实验结果表明:该混频器的镜像抑制比(IRR)可达43dB,在6~20GHz的RF信号以及0.5~1.5GHz的IF信号工作频段,系统的IRR性能可分别保持在35dB~40dB的水平上。
光通信 微波光子混频器 双驱动马赫-曾德尔调制器 受激布里渊散射 镜像抑制 中国激光
2020, 47(12): 1206002
西南交通大学信息科学与技术学院, 四川 成都 611756
提出一种基于耦合锥结构的光纤光栅超声波传感器,对超声波耦合锥的结构进行数值仿真及优化,分析了光纤光栅长度对超声波探测性能的影响。在此基础上,将所设计的超声波传感器与光谱边带滤波解调技术相结合,用于识别6061型铝合金板中的缺陷。结果表明:所设计的超声波传感器能有效探测铝合金板中传输的兰姆波,通过分析兰姆波时域信号和S0模式幅值的变化量,可以准确判决铝合金板中有无圆孔缺陷及缺陷大小,同时证明所设计超声波传感器具有测量灵敏度高、布置位置灵活可调、可重复利用的优点,在结构体损伤识别等领域具有潜在的应用价值。
光纤光学 光纤传感器 耦合锥 无损检测 兰姆波 光学学报
2019, 39(12): 1206004
西南交通大学信息科学与技术学院信息光子与通信研究中心, 四川 成都 611756
微波信号的稳相传输在雷达、空间观测以及卫星导航等领域有广泛的应用。针对目前点对点稳相传输方案传输效率不高以及主动补偿速度较慢等问题,研究并提出了一种基于被动补偿的适用于大范围、多站点微波信号光纤稳相传输的方案。微波信号在本地端经功分器分为两路,分别作为待传信号和分频后的探测信号;待传信号在本地端与经光纤往返传输的探测信号混频获得下变频信号;该下变频信号传输到远端与前向探测信号混频后生成相位稳定的微波信号,通过结构的合理设计实现点到多点稳相传输。经过实验验证后可知:2 GHz信号在10 km光纤链路下多链路分布结构的均方根(RMS)延时抖动为0.968 ps,在11 km光纤链路下单链路分布结构的均方根延时抖动达到1.606 ps。
光纤光学 微波光子学 频率传输 相位漂移 混频
Author Affiliations
Abstract
School of Information Science and Technology, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, China
As a key figure-of-merit for high-performance microwave filters, the out-of-band noise rejection is of critical importance in a wide range of applications. This paper overviews the significant advances in photonic microwave filters (PMFs) having ultra-high rejection ratios for out-of-band noise suppression over the last ten years. Typically, two types of PMFs, the bandpass and bandstop ones, are introduced with fundamental principles, detailed approaches, and then cutting-edge results for noise rejection. Ultra-high noise rejection ratios of ～80 dB and >60 dB have been demonstrated for single-passband and single-stopband PMFs, respectively, which are comparable with the state-of-the-art electronic filters operating in stringent conditions. These PMFs are also characterized by wide frequency coverage, low frequency-dependent loss, and strong immunity to electromagnetic interference due to the intrinsic features from the advanced photonics technology.
060.5625 Radio frequency photonics 070.2615 Frequency filtering Chinese Optics Letters
2019, 17(3): 030601
西南交通大学信息光子与通信研究中心, 四川 成都 610031
针对偏振复用16阶正交幅度调制(16QAM)传输系统(PDM-16QAM),基于线型卡尔曼滤波器,提出了一种计算复杂度更低、线宽容忍度更高的双偏振并行载波相位恢复算法,使用两个偏振态内环和外环的符号信息对两个偏振态同时进行相位噪声估计。仿真结果表明,在传输速率为224 Gb/s传输速率下,本文算法相比于单偏振卡尔曼滤波器算法的线宽容忍度提高了7倍,由原来的400 kHz提高至2800 kHz。此外,相比于单偏振卡尔曼滤波器载波相位恢复算法,本文算法并行处理符号个数提升了4倍左右,有效提高了算法的实时性,但是复杂度有所降低。最后,在传输速率为224 Gb/s的PDM-16QAM传输实验中对本文算法进行了验证。
信号处理 载波相位恢复 卡尔曼滤波器 偏振复用
