Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of EMW Information (MoE), Fudan University, Shanghai 200433, China
2 Department of Communication Science and Engineering, Shanghai ERC of LEO Satellite Communication and Applications, Shanghai CIC of LEO Satellite Communication Technology, Fudan University, Shanghai 200433, China
3 Department of Electronic Engineering, Jinan University, Guangzhou 510632, China
4 School of Information and Electronics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
Increasing bandwidth requirements have posed significant challenges for traditional access networks. It is difficult for intensity modulation/direct detection to meet the power budget and flexibility requirements of the next-generation passive optical network (PON) at 100G and beyond considering the new requirements. This is driving researchers to develop novel optical access technologies. Low-cost, wide-coverage, and high-flexibility coherent PON is emerging as a strong contender in the competition. In this article, we will review technologies that reduce the complexity of coherent PON (CPON), enabling it to meet the commercial requirements. Also, advanced algorithms and architectures that can enhance system coverage and flexibility are also discussed.
access network coherent optics flexible data rate low complexity wide dynamic range Chinese Optics Letters
2024, 22(4): 040604
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所 光子器件与材料安徽省重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学 研究生院 科学岛分院，安徽 合肥 230026
3 合肥师范学院 电子信息系统仿真设计安徽省重点实验室，安徽 合肥 230601
4 中国科学技术大学 环境科学与光电技术学院，安徽 合肥 230026
5 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所 中国科学院环境光学与技术重点实验室，安徽 合肥 230031
针对可调谐半导体激光吸收光谱技术（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS）在煤矿、石油化工领域进行气体浓度检测时，遇到的高精度、宽动态范围需求，采用时分复用的方法，将直接吸收光谱技术（Direct Absorption Spectroscopy, DAS）和波长调制光谱(Wavelength Modulation Spec-troscopy, WMS)技术的优势相结合，完成了高精度、宽量程和免标定多气体检测系统的设计。设计激光器的驱动为线性扫描输出和叠加不同高频调制扫描输出的周期信号，用于完成高低浓度反演算法的时分复用计算，通过实验优化选择检测气体的吸光度拐点，实现对气体浓度的高精度、宽量程检测。在室温和常压下，通过实验分别对CH4、CO和C2H2 三种气体体积浓度进行检测，确定了两种算法最佳拐点吸光度约为0.026 cm−1。系统对CH4、CO和C2H2 三种气体体积浓度的检测量程分别为0~100%、0~5000×10−6和0~1000×10−6，其最小体积浓度检测限分别为2.27×10−4、0.21×10−6、1.68×10−6，且在量程内的测量结果准确度优于现行的煤矿行业标准。实验结果表明：该方法能够满足工业现场实际应用的需求，有利于拓展激光吸收光谱技术在工业过程、安全等领域的应用。
可调谐半导体激光吸收光谱技术 直接吸收光谱 波长调制光谱 宽动态范围 tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) direct absorption spectroscopy (DAS) wavelength modulation spectroscopy (WMS) wide dynamic range 红外与激光工程
2023, 52(1): 20220284
张思韬 1,2,3,4汪鸿祎 1,2,3王绪泉 1,2,3黄松垒 1,2方家熊 1,2,*
1 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术联合国家重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 上海科技大学 信息科学与技术学院, 上海 201210
针对短波红外焦平面的大动态范围需求, 设计了一种像素级脉冲频率调制(PFM)模数转换器(ADC)。传统PFM ADC采用DI输入级, 进行弱信号探测时, 注入效率会下降, 造成动态范围的损失。设计的PFM ADC采用CTIA输入级, 弱信号探测时仍能维持高注入效率; 同时采用两档增益和增益自选择技术, 使得每个像素都能够根据输入的光电流自动选择增益, 在提升动态范围的同时, 不增加额外的功耗。在0.18μm CMOS工艺模型下, 仿真结果表明该电路的动态范围达到100.1dB, 单元ADC功耗小于10.54μW, 并且基于所设计的改进型PFM ADC设计了规模为32×32、中心距为50μm的像素级数字化读出电路。
短波红外焦平面 大动态范围 脉冲频率调制 增益自选择 两档增益 short-wave IRFPA wide dynamic range PFM CTIA CTIA self-selected gain technology two levels of gain
国防科技大学脉冲功率激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230037
在宽动态范围辐射测温系统中,不同温度的辐射源采用透过率不同的中性密度衰减片以及不同的积分时间,往往需要重新定标,且重新定标过程繁琐,降低了系统的效率。在分析定标理论的基础上,建立了考虑积分时间和中性密度衰减片透过率的宽动态范围辐射定标模型,提出了一种简化的定标方法,经过两次不同积分时间的定标,可以推导出前置不同透过率衰减片、不同积分时间的定标模型;通过对前置透过率为0.0278%的衰减片在0.8 ms及1 ms积分时间下的定标分析,计算出系统由内部暗电流及杂散辐射引起的灰度响应,从而分别推导出前置透过率为0.0740%和0.8193%的衰减片在不同积分时间下的定标模型,最后通过实验检验定标模型的测温精度。实验结果表明:利用所提出的简化定标方法,透过率为0.0740%的衰减片在0.8 ms及1 ms积分时间下的定标模型的测温误差分别≤0.36%和≤0.46%;0.8193%衰减片在0.2 ms积分时间下的测温误差≤4.5%。在一定的误差允许范围内,所提定标方法在提高定标效率的同时,保证了一定的测温精度。
测量 辐射定标 宽动态范围 简化方法 中性密度衰减片
1 天津大学 微电子学院, 天津 300072
2 天津市成像与感知微电子技术重点实验室, 天津 300072
3 天津市红外成像技术工程中心, 天津 300072
为实现大动态范围信号的有效接收, 设计了一种三路并行的信号处理架构, 分别设置为低、中、高三种不同增益, 以实现不同水深下不同幅度的回波信号处理.同时利用数据拼接方法以及一种基于五角函数和高斯函数组合的拟合算法综合处理三路数据并进行水深评估.基于Wa-LID回波仿真模型得到回波数据, 验证多路并行处理架构的实用性.仿真结果表明, 本文提出的多通道处理技术可测信号的动态范围达86.9 dB, 对应的最大测深为26 m, 测量偏差为1.6 cm 至4.7 cm, 标准差小于1.1 cm.可有效应用于机载激光雷达测深系统.
激光雷达 海洋测深学 多通道 回波 大动态范围 数据拼接方法 拟合算法 Lidar Bathymetry Multi-channel Echo Wide dynamic range Data stitching method Fitting algorithm
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
红外辐射测量系统的宽动态范围定标通常是在多个温度点下, 设置多个积分时间并适当加入衰减片的方式实现的。其不仅效率低、耗时长、成本高且影响整个红外辐射测量系统实时性和机动性。对此, 在考虑积分时间的定标模型基础上, 提出宽动态范围快速定标方法。只需调节一次积分时间和一次温度即得到宽动态范围任意积分时间的定标方程。利用Φ400 mm红外辐射测量系统对快速定标方法的定标精度、测量精度进行验证。实验结果表明: 快速定标方法与直接定标结果之间最大误差为2.75%, 该方法外场测量时最大辐射测量误差为11.69%, 相比传统辐射测量最大误差不超过1.52%。说明快速定标方法能有效地保证系统辐射定标精度, 提高辐射测量系统的定标效率, 缩短定标时间, 实现对系统宽动态范围任意积分时间的定标。整个辐射测量过程实时性好, 操作简单、易实现且可靠性高, 适应针对外场条件下红外辐射特性测量系统的要求, 外场测量结果也说明快速定标可以直接应用于靶场目标的红外辐射测量任务中。
红外辐射测量系统 快速定标 宽动态范围 定标效率 infrared radiometric system high-speed calibration wide dynamic range efficiency calibration 红外与激光工程
2017, 46(6): 0617003
1 重庆光电技术研究所, 重庆 400060
2 重庆鹰谷光电有限公司, 重庆 400060
从优化算法、硬件结构和模拟结果入手, 通过对CMOS图像传感器暗光环境下模数转换电路的优化设计, 提出了一种暗光环境下性能提升的大动态范围非线性模数转换器的设计。在模拟电路模块完成了暗光优化图像处理算法, 使暗光环境下光电转换数字码密度增大, 在不增加额外芯片面积和功耗的同时, 提高了CMOS图像传感器的暗光图像性能。
暗光优化 非线性模数转换器 大动态范围 CMOS图像传感器 low illumination optimization nonlinear ADC wide dynamic range CMOS image sensors
