1 北京理工大学光电学院，信息光子技术工业和信息化部重点实验室，北京 100081
2 北京理工大学长三角研究院（嘉兴），浙江 嘉兴 314011
光载微波光纤稳定传输技术解决了天线组阵中所需的延时（或相位）稳定的微波信号远距离分配难题，在多天线协同的新一代微波测量中具有不可替代的作用。本文介绍了光载微波光纤稳定传输的基本理论，分析了制约传输稳定性的关键因素，并展示了基于相位预补偿和基于光延时校正的提高传输稳定性的技术途径。通过光电双外差混频的相位检测高灵敏地感知光纤链路延时变化，并分别利用微波相位调控和光延时调控来对这一变化进行高精度的补偿，最终实现了多路时间抖动在数十fs量级的高稳定光载微波传输，为天线组阵等多天线协同微波测量中的信号级同步提供了有效的解决方案。
光纤光学 天线组阵 光载微波 微波光子 光纤传输 光学学报
2023, 43(15): 1506002
1 北京理工大学 光电学院 信息光子技术工业与信息化部重点实验室, 北京 100081
2 北京理工大学 长三角研究院(嘉兴), 嘉兴 314001
3 北京理工大学 光电学院《光学技术》编辑部, 北京 100081
分布式探测系统中当接收信号信噪比较低时, 基于信号到达各接收天线延时差(TDOA)的定位法精度直接被延时差测量精度所制约。为解决这一问题, 提出了基于多天线信号合成的优化TDOA定位算法, 利用多路合成后的信号来精确获得各路信号延时差。仿真结果表明优化定位算法相较传统高斯牛顿迭代法在低信噪比情形下可将定位误差减小一个数量级。进一步搭建光纤稳时传输系统, 实验结果显示, 在信噪比为1.1dB时, 优化算法定位精度可达到1.6m, 比传统算法的定位误差降低了86.8%。算法将极大地扩展TDOA定位法的适用范围。
分布式探测系统 TDOA定位 高斯牛顿迭代 distributed detection system TDOA localization Gauss-Newton iterative method
北京理工大学信息光子技术工业和信息化部重点实验室, 北京 100081
光频域反射技术(OFDR)是高空间分辨率和高精度光纤链路性能检测和分布式光纤传感的重要技术途径。其中,激光在宽范围扫频下的扫频非线性和相频噪声是有待解决的关键问题。报道了基于延迟自外差光锁相的激光扫频非线性和相频噪声控制方法,实现了扫频范围为8 GHz、扫频速度为160 GHz/s的低相频噪声高线性激光扫频。基于该扫频激光进行了光纤链路损耗测量和分布式光纤应变传感实验,实现了动态范围为27 dB、空间分辨率为4.3 cm的240 km光纤链路损耗测量以及空间分辨率为5 cm的分布式光纤应变传感。实验验证了锁相控制激光扫频误差的有效性和优越性。
光学学报
2021, 41(13): 1306003
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
从传感光纤的高双折射螺距和光纤结构两方面分析不同螺距下光纤内光的偏振态差异及其受温度变化的影响,对比了PANDA光纤、椭圆芯光纤、保偏微结构光纤的温度特性。结果表明,在全光纤电流传感器(FOCS)中,当传感光纤的螺距LT是光纤对应的未螺旋状态下拍长Lp的2倍时,温度特性最差。LT减小,光纤偏振保持能力减弱,抗物理干扰能力变差。当LT≈Lp时,传感光纤既有较好的温度特性,也有较强的抗外界物理干扰能力。不同结构的传感光纤,传感器比差的范围不同,其中基于微结构保偏光纤的传感光纤,在-40~+70 ℃全温度下未经补偿,传感器比差变化范围最低,仅为±0.32%。
光纤光学 电流传感光纤 温度特性 磁光效应 偏振转换 激光与光电子学进展
2018, 55(2): 020604
1 长春理工大学空地激光通信技术国防重点学科实验室, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
3 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
基于科斯塔斯(COSTAS)光学锁相环路载波恢复进行建模分析,得到系统的闭环传递函数、误差函数及需要恢复的载波信号;设计系统采用复合控制,内环借助声光移频器实现快速、小范围跟踪,外环通过环路直接控制激光器拉进快捕带;为了得到良好的载波恢复和信号解调,设计基于异或门的COSTAS环鉴相模块对鉴相器进行分析,实现鉴相范围为[-42°,42°],鉴相增益为14.4 mV/(°) ,在环路带宽为1.5 MHz时,搭建实验进行测试。实验结果表明在码速率5 Gb/s时,载波恢复、信号解调良好,信号光功率为-40.4 dBm时,误码率为1.55×10
-8,随着速率的提高或降低,系统性能虽有下降,但仍能恢复载波信号并解调数据,为零差相干通信实验室验证提供了参考。
光通信 零差接收 科斯塔斯环 载波恢复 鉴相器 异或门
1 上海交通大学电子工程系, 上海 200240
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
针对带变螺距段传感光纤的全光纤电流传感器,提出两种抗干扰结构:基本结构,即将变螺距段与传感光纤一起成束并将反射镜置于变螺距段中点位置;“8”字型结构,将变螺距段绕成“8”字型。分析两种结构的抗干扰原理,实验检验电流导体在传感光纤环内、外不同位置时传感器读数的差异。实验结果表明,两种结构均可抗0.5 m以上的1000 A级别的外界电流干扰,但前者仅适用于电流导体与传感光纤环相对位置固定不变的应用场合,后者可适用于诸多电流导体与传感光纤环相对位置不固定的应用场合。在不同的应用场合下两种结构的抗干扰性能均具有实用性。
光纤光学 传感器 电流传感光纤 抗干扰 磁光效应 偏振转换 光学学报
2017, 37(10): 1006002
1 长春理工大学空地激光通信技术国防重点学科实验室, 吉林 长春 130022
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
为了将声光移频器(AOFS)应用至光锁相环路中实现锁相环路快速精密调谐, 并保证相干接收机接收信号的质量, 介绍了AOFS的移频原理以及在锁相环路中的动态工作模式, 对AOFS的插入损耗特性进行了系统的研究, 着重分析了AOFS驱动器功率变化以及移频过程中频率变化对插入损耗的影响。设计并搭建了基于光拍频方法的1550 nm AOFS插入损耗测量实验系统, 测试得出AOFS在各种外界调制信号影响下插入损耗的变化规律, 分析了多种影响因素共同作用下插入损耗的整体动态变化趋势并进行实验验证。根据实验分析结果对AOFS驱动功率进行优化, 结果表明, 将驱动器功率设置为1 W, 相比于25 mW驱动功率, AOFS插入损耗值在移频范围内整体下降15 dB, 最大相对插入损耗值下降1 dB。
光通信 声光移频器 插入损耗 声光偏转 布拉格衍射 激光与光电子学进展
2017, 54(10): 100609
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
分析了快速傅里叶变换(FFT)在光频域反射仪(OFDR)频谱分析中应用的局限性，论述了快速傅里叶变换-分段Chirp-Z变换(FFT-SCZT)算法的不足。提出了一种基于改进的遗传算法(IGA)和Zoom FFT(ZFFT)的快速高精度频谱分析(FFT-IGA-ZFFT)算法。描述了该算法的计算过程，并推导了算法的时间复杂度。研究结果表明，在同一运算平台下，处理107个OFDR采样数据时，FFT算法耗时3.130 s，FFT-SCZT算法耗时1.993 s，而FFT-IGA-ZFFT算法仅耗时0.525 s即可获得同等精度。FFT-IGA-ZFFT算法在处理速度上具有明显的优势。
光通信 频谱分析 遗传算法 高精度 时间复杂度
1 长春理工大学空地激光通信国防重点学科实验室, 吉林 长春 130022
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
零差相干激光通信系统具有高速率及远距离传输的特性，在星间高速激光通信骨干网中占有重要地位。分析了光学锁相环的工作原理并建立了相应的数学模型，得到了光学锁相环的开环及闭环传递函数，推导了误差传递函数，分析了环路带宽的影响因素。分析了锁相环路中的相位噪声误差，建立了误差因素、探测灵敏度以及环路带宽之间的关系。分析得到锁相环的优化带宽为1.5 MHz，测试了接收机的误码率。当通信速率为5 Gbit/s、调制方式为二进制相移键控时，得到接收机的接收灵敏度为-41.4 dBm，误码率为10-7。
光通信 误差传递函数 相位噪声 接收灵敏度
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
We present a theoretical analysis, systematic simulation, and experimental measurements for the phase noise, timing jitter, and frequency stability in the frequency distribution of millimeter waves over distant optical fiber links. The conception that the dissemination of a higher frequency reference instead of a lower one can achieve a better frequency stability is discussed and verified. We find that the system’s noise floor, including thermal noise, shot noise, and any other noise from electronic components, is considered to be a fundamental limitation for a frequency reference transmission system. Benefiting from the high-precision time delay variation discrimination and accurate locking control operation, a highly stabilized reference is distributed to a remote end over a 60 km spooled fiber, achieving a frequency stability of 4×10 17 at an average time 1000 s, corresponding to 23 fs of RMS timing jitter (0.01 Hz–1 MHz).
120.5050 Phase measurement 060.5625 Radio frequency photonics 070.1170 Analog optical signal processing Chinese Optics Letters
2016, 14(12): 120006
