江苏第二师范学院 物理与信息工程学院, 江苏 南京 210013
为克服时分复用技术中需要时钟同步和频分复用系统不够灵活的问题,提出了一种基于码分复用技术的高精度可见光定位算法。算法在异步场景下实现了码元同步和可见光定位的过程,仿真结果表明,在覆盖房间80%以上的区域时,算法的平均定位误差为6.9cm,最大定位误差为11cm,适用于绝大多数室内基于位置信息的服务。此外,分析了系统定位精度与接收机视场角及接收机离地高度的关系,在一定范围内,接收机视场角越大,系统的定位性能越差; 接收机的离地高度越大,系统的定位性能越好。
应用光学电子学 码分复用 可见光通信 室内定位技术 码元同步 applied optoelectronics CDMA visible light communication indoor positioning technology symbol synchronization
江苏第二师范学院 物理与电子工程学院, 南京211200
为解决常见的基于到达时间差(TDOA)的通信系统中发射机与接收机之间需要时钟同步的问题, 提出了一种基于双光电检测器(PD)接收机的高精度室内可见光定位算法。算法使用3个能发射不同频率信号的发光二极管(LED)和1个带有2个PD的接收机, 并充分考虑到了接收机的尺寸因素, 利用接收信号到达的时间差来确定接收机在室内的三维位置信息。仿真结果表明:该算法可以确定接收机的水平坐标和高度信息, 定位误差为11 cm左右, 适用于绝大多数室内基于位置信息的服务。
室内定位 可见光 到达时间差 光电探测器 indoor positioning visible light time difference of arrival photo detector
1 江苏第二师范学院,南京 211200
2 南京邮电大学,南京 210003
为探究如何消除双芯光波导的模间色散,提出了一种纤芯填充高折射率溶液的双空芯光子晶体光纤,并基于全矢量有限元法进行了理论分析,获得了光纤的模式有效折射率、耦合系数、模间色散系数。研究结果表明:当纤芯所填充的溶液折射率为1.40时,光纤的y偏振方向上模间色散在800 nm传输波长处为零,理论上能够完全消除y偏振方向上模间色散导致的脉冲畸变。即,当传输光波长为800 nm时,这种光纤在y偏振方向上可以抑制模间色散,从而可以广泛用于全光开关、超短脉冲传输、光孤子传输等应用场合。
双芯光波导 模间色散 全矢量有限元法 耦合特性 twin-core optical wave-guides inter-modal dispersion full vector finite element method coupling coefficient
1 重庆大学通信工程学院， 重庆 400044
2 重庆大学光电工程学院， 光电技术及系统教育部重点实验室， 重庆 400044
分析了双空芯光子晶体光纤(HC-PCF)在纤芯填充液态高折射率温敏物质后的传输特性，应用全矢量有限元法(FEM)研究温度均匀变化时光纤耦合特性、模间色散特性的变化规律。结果表明，在特定温度下，耦合特性随传输波长的增大呈现出先减弱、后增强的变化趋势，且光纤的模间色散存在过零点。通过调节温度或占空比，可以在1.31 μm和1.55 μm两个常用通信波段内实现零模间色散传输，由此能够完全消除模式间相位不匹配导致的脉冲失真，实现能量的完全交换。
光纤光学 模间色散 全矢量有限元法 耦合系数
为了提高光子带隙型光子晶体光纤的温度灵敏度，提出了在纤芯环上并入高折射率液体圆柱的新结构，并利用全矢量有限元法对提出的结构进行了仿真，得到了温度对光纤有效折射率、纤芯能量和有效模面积等传输特性的影响。结果表明，随着温度的升高，光纤的有效折射率和有效模面积会减小，纤芯能量会增加，且零群速率色散点向短波长方向移动，尤其在短波长条件下光纤传输特性随温度变化趋势更加明显。该研究提高了光子带隙型光子晶体光纤传输特性的温度灵敏度，使其更加适合于温度传感方面的应用。
光纤光学 光子带隙型光子晶体光纤 全矢量有限元法 温度传感 高折射率液体圆柱 fiber optics photonic bandgap photonic crystal fibers full-vector finite element method temperature sensing high refractive index liquid cylinder
为了研究正方形栅格全固态光子晶体光纤色散特性，基于全矢量有限元法，对其色散特性进行了数值模拟。通过改变正方形栅格全固态光子晶体光纤的结构参量，分析比较了它们的色散特点，并通过改进结构得出一种零散波长在1.55μm的四方栅格全固态光子带隙光纤。结果表明，四方栅格全固态光子带隙光纤色散具有3个零色散点，其零色散波长随高折射率棒直径d的增大而向长波方向移动，其色散平坦程度随棒间距Λ的减少而变得更加平坦。这为全固态光子晶体光纤的设计和制作提供了理论依据。
光纤光学 全固态光子晶体光纤 正方形栅格 全矢量有限元法 色散特性 fiber optics all solid photonic bandgap fibers square-lattice full-vector finite element method dispersion characteristics
为了研究光子带隙光纤中纤芯环掺杂浓度的百分比对光纤传输特性的影响，利用全矢量有限元法在纤芯环掺杂浓度的百分比为1%~5%的条件下对7孔光子带隙光纤纤芯环掺杂和19孔光子带隙光纤纤芯环掺杂两种结构进行了仿真，比较了两种结构的纤芯模能量分布曲线，并且给出了19孔光子带隙光纤在不同的纤芯环掺杂浓度的百分比下，光纤带宽、色散、有效模面积和有效折射率的分布曲线图。结果表明，19孔光子带隙光纤比7孔光子带隙光纤具有更强的限光能力，且纤芯环掺杂浓度的百分比对光子带隙光纤的传输性能有显著的影响。
光纤光学 纤芯环掺杂 全矢量有限元法 光子带隙光纤 表面模 fiber optics core surround doping full-vector finite element method photonic band gap photonic crystal fiber (PBG-PCF) surface mode
表面模与纤芯基模耦合是使双空芯光子晶体光纤产生无耦合点的根本原因。为进一步探究双空芯光子晶体光纤中表面模的产生及控制机理，采用平面波展开和全矢量有限元法，分析了纤芯周围石英环相对厚度和纤芯的截切半径对表面模和无耦合点的影响。结果表明，纤芯截切半径固定时，随着石英环相对厚度的增大，无耦合点向长波长方向移动；石英环相对厚度固定为1时，纤芯最佳截切半径为0.9Λ～1.0Λ，可以较好地抑制表面模。这为新型双空芯光子晶体光纤的结构设计和现实应用提供了理论依据。
光纤光学 表面模 全矢量有限元法 石英环相对厚度 纤芯截切半径 fiber optics surface modes full vector finite element method thickness of the silica ring core radius
为进一步开发新型光耦合器件，利用全矢量有限元法和平面波展开法分析了一种包层空气孔直径渐变的双芯光子晶体光纤，得到了其耦合长度、耦合系数以及色散系数随波长和结构参数的变化曲线。数值分析结果表明，与普通包层等空气孔结构光纤不同，此种结构的光子晶体光纤在一个极宽的波长范围内(0.4 μm～2.4 μm)耦合长度极短，耦合特性极强。当波长位于0.9 μm～2.0 μm之间时，具有近零超平坦色散特性。这种新型结构的双芯光子晶体光纤在光通信系统和光耦合器件的设计方面具有重要的应用价值。
光子晶体光纤 耦合长度 全矢量有限元法 色散 photonic crystal fiber coupling length full vector finite element method dispersion
