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 光电学院《光学技术》编辑部, 北京 100081
3 北京理工大学 长三角研究院（嘉兴）, 嘉兴 314011
多天线干涉阵利用多个远端天线同时接收信号以提升探测灵敏度和角分辨率,其多路信号干涉合成的特性要求不同路之间高精度的时间同步。本文提出一种复用型分布式多路时间同步方法,利用单个数字延迟脉冲发生器对时间信号进行再生和分配,并设计了相应测量及控制算法,在精确测量多路光纤传输延时的同时,向多个远端天线分配稳定的时间信号。实验结果表明,系统在25km传输链路下具有ps级传输延时测量精度和优于20ps的时间信号分配精度。方案可同时支持本地回传信号数字化和远端数字化两种信号接收汇聚方案,在保证时间同步精度的同时有效降低了分布式同步系统的成本。
分布式探测 时间信号分配 延时测量 微波光子 distributed detection time signal distribution delay measurement microwave photonics
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
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
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
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
线性扫频激光源在高分辨率、高精度、大动态范围的激光测量和光纤传感领域有着广泛的应用。然而，扫频非线性及激光相位噪声限制了测量系统的分辨率、精度和动态范围。本文分析了分布反馈式(DFB)半导体激光扫频中的非线性及激光相位噪声产生的机制，提出基于预畸变和光锁相的激光扫频非线性校正和激光相位噪声抑制方法，实现了扫频范围为50 GHz，均方根频率误差小于263 kHz的激光扫频信号。实验测试表明该扫频激光源的线性度和相干性得到了有效增强。
激光器 线性扫频激光光源 光扫频非线性 预畸变 光锁相
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
利用光纤进行相位稳定的微波频率参考的远距离分配，在深空科学研究、基础物理测量以及多基地雷达技术方面有着广泛的应用需求。研究了基于往返相位校正的光纤稳相传输理论，建立了稳相传输的理论模型，搭建了基于光电延迟锁相环的光纤稳相传输实验系统，理论分析并实验研究了相干瑞利散射噪声对系统传输相位稳定性的影响。研究发现相干瑞利散射噪声不仅直接造成远端信号信噪比恶化，并且通过锁相环路转化为系统残余相位噪声，进一步恶化远端信号的稳定性，成为影响稳相传输系统性能的主要因素。针对该问题，提出了双波长的稳相传输技术，有效地克服了相干瑞利散射噪声的影响，实现了10 GHz微波频率参考、100 km光纤稳相分发，传输至远端的相位均方根抖动（RMS-jitter）低于730 fs。
光通信 微波光子学 微波稳相传输 延迟锁相环 相干瑞利散射噪声
上海交通大学电子信息与电气工程学院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
研究了光频域反射技术（OFDR）中因激光线宽有限而造成的激光相位噪声对系统性能的影响。理论推导了相位噪声的分布函数，仿真分析和实验测试了激光相位噪声与激光相干长度、反射信号强度之间的内在关联性。研究结果表明，激光相位噪声是OFDR中的重要噪声来源，影响着系统的测试精度和可测距离，当测试距离接近相干长度、链路中存在强的反射信号时，激光相位噪声的影响将更加严重、影响范围也将增加。因此，在OFDR的设计和应用中必须对激光相位噪声问题予以高度关注和设计考虑。
散射 后向散射 光频域反射测量术 迈克耳孙干涉仪 激光线宽 激光相位噪声
