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光纤偏振模色散测量算法研究及设备研制

光纤偏振模色散测量算法研究及设备研制

作者：沙宇洋北京邮电大学

学位级别：硕士

光纤通信是利用光波为载波,以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式。目前,光纤通信因为具有超高速、低误码、高可靠、价格低廉等优点,已成为信息最主要的传输方式和社会中重要的基础设施。其中,光纤作为光纤通信系统中最... 详细信息

光纤通信是利用光波为载波,以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式。目前,光纤通信因为具有超高速、低误码、高可靠、价格低廉等优点,已成为信息最主要的传输方式和社会中重要的基础设施。其中,光纤作为光纤通信系统中最重要的部分,对整个通信系统的性能起到了决定性的作用。迄今为止,光纤偏振模色散的形成、矢量表示、主态模型、测量方法等理论方面的研究已基本完善;但是光纤偏振模色散测量方法在实际场景中的应用一直存在许多尚未解决的问题。现有的商用偏振模色散测量仪都存在体积较大、造价昂贵、对测量环境要求高等缺点,无法完美地适应当前的市场需求。本文对偏振模色散产生原理、经典偏振模色散测方法以及常用的信号处理手段进行了深入的研究,重点分析了使用去噪算法提升偏振模色散测量精度的理论和方法。主要完成了以下具有创新性的研究成果:1.针对使用固定分析仪法测量光纤偏振模色散容易到受噪声影响这一问题,提出了两种实验优化方案。i)提出了一种基于小波阈值去噪算法提升固定分析仪法测量光纤偏振模色散精度的实验方案(FA-WD)。文中介绍了小波阈值去噪算法的原理和不同类型小波基函数的特性,并对阈值函数、分解层数、基函数的选择总结出了一定的规则。搭建实验平台,将FA-WD与其他测量方法进行对比实验。实验结果显示,FA-WD在单模光纤中测量结果的最大误差为2.27%,低于固定分析仪法所得到的最大误差。此外,FA-WD测量单模光纤的标准差为0.02,优于固定分析仪法测量结果0.41的标准差,证明提出的FA-WD测量方案在结果的准确率和稳定性等方面都有较大的提升。ii)提出了一种使用傅里叶分析法提升固定分析仪法测量光纤偏振模色散的实验方案(FA-FFT)。FA-FFT使用光谱信号自身概率分布特性,利用傅里叶变换对信号进行去噪及重构,有效的缓解了噪声对测量结果的影响。通过搭建实验平台,对不同类型、不同长度的光纤进行测试,单模光纤的测试最大误差为2.66%。测量结果说明FA-FFT可以在有限的计算资源下快速、准确、稳定地获得光纤偏振模色散的测量值。2.针对市场上现有光纤偏振模色散测量仪所存在的问题,本文提出了一种成本低、体积小、测量精度高的偏振模色散测量样机研制方案。该方案借助上文中所提出FA-FFT测量方法具有的计算量小、实验流程简单、实验器材模块化程度高等特点,将FA-FFT方案进行工程化。测试结果证明,所研制的实验样机与常用偏振模色散测量仪相比,可以在精度、准确度、测量速度等指标基本一致的情况下,将制造成本缩减为原来的30%。综上所述,本文所提出来FA-WD和FA-FFT两种光纤偏振模色散测量方案有效的克服了使用固定分析仪法测量光纤偏振模色散时噪声所引入的误差,提升了测量的精度,为之后偏振模色散测量方法的研究提供了新的思路。本文所研制的光纤偏振模色散测量样机填补了国内相关领域的空白,为相关仪器的进一步研发提供了基础。

关键词：偏振模色散测量固定分析仪法傅里叶变换小波阈值去噪仪器研制

基于环形光子晶体光纤的轨道角动量模式双环掺饵光纤放大器的研究

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基于环形光子晶体光纤的轨道角动量模式双环掺饵光纤放大器的研究

作者：韩帝北京邮电大学

学位级别：硕士

近几十年来光纤通信技术飞速发展,基于单模光纤(SMF)的光纤通信网络已经遍布全球,随着各种新型技术的发展普及,人们的生活品质逐渐提高,对于数据传输的需求飞速增长。为了满足日益增长的通信容量需求,随着各种复用技术与高阶调制的结合... 详细信息

近几十年来光纤通信技术飞速发展,基于单模光纤(SMF)的光纤通信网络已经遍布全球,随着各种新型技术的发展普及,人们的生活品质逐渐提高,对于数据传输的需求飞速增长。为了满足日益增长的通信容量需求,随着各种复用技术与高阶调制的结合已经被广泛应用,现如今的通信容量已经渐渐趋近单模光纤的理论极限。空分复用(SDM)技术由于其在增加通信容量等方面的巨大潜力吸引了很多关注,它对其他的光纤通信技术具有很强的兼容性,这种技术在空间维度上对信道数量进行扩展,能够极大的增加单根光纤的通信容量。光子轨道角动量(OAM)模式复用技术作为空分复用技术的一种是本课题组的主要研究方向,可以极大的提高通信传输容量,是一种极有潜力的技术。为了满足OAM光纤通信系统的实际应用需求,与之对应的各种器件的研究必不可少,其中十分重要的一项就是放大器技术的研究。因此,设计一种性能优异的适用于OAM模式传输的放大器具有很高的研究意义。掺铒光纤放大器(EDFA)在光纤通信技术的发展中具有里程碑式的意义,本文对适用于OAM模式复用技术的掺铒光纤放大器进行了研究,设计出了一种可以在1530nm-1565nm波长范围内(C波段)对所支持的OAM模式具有优异的放大性能的放大器结构,并对其性能进行了详细分析。主要研究内容如下:(1)分析和比较了目前OAM模式复用技术研究所使用的阶跃折射率环形光纤和环形光子晶体光纤的性能,确定了本课题所使用的光纤结构;详细阐述了目前基于不同光纤结构的用于传输OAM模式的掺铒光纤放大器(OAM-EDFA)的研究现状,分析了不同方案设计的性能,并对其设计方法进行了研究。(2)以本课题组设计的环形光子晶体光纤为基础,采用双环铒粒子掺杂结构,设计了适用于OAM模式的掺铒光纤放大器。本课题组所设计的环形光子晶体光纤理论上可以支持18个模式稳定传输,其中包括14个OAM模式。双环铒粒子掺杂结构具有较多的调整参数,本文分别对双环的宽度以及双环的掺杂浓度进行了仿真分析,还详细分析了该设计的增益、差分模式增益(DMG)以及噪声系数(NF)在各种不同参数(掺杂宽度、掺杂浓度、光纤长度、泵浦功率、信号功率)下的变化曲线,平衡各性能指数选取最佳参数,最后提出了一种在整个C波段具有23dB以上的增益、低于0.1dB的DMG和低于4dB的噪声指数的OAM-EDFA结构设计。

关键词：轨道角动量模式掺铒光纤放大器环形光子晶体光纤

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超高速光通信系统中LDPC编译码方案研究

超高速光通信系统中LDPC编译码方案研究

作者：何文雪北京邮电大学

学位级别：硕士

云计算、大数据等大带宽技术的发展,对以太网速率提出了爆炸式的增长需求,作为现代通信网络的重要组成部分,光通信系统进入“超高速”发展阶段。为了满足光通信中信道容量的快速发展,各种高阶调制格式和复用技术被广泛应用于提高系统的... 详细信息

云计算、大数据等大带宽技术的发展,对以太网速率提出了爆炸式的增长需求,作为现代通信网络的重要组成部分,光通信系统进入“超高速”发展阶段。为了满足光通信中信道容量的快速发展,各种高阶调制格式和复用技术被广泛应用于提高系统的频带利用率。然而随着光通信系统复杂度的提高,信道所需要的OSNR增加,编码增益降低,信道中相邻码字间的串扰现象都将越来越明显,这些现象严重影响了光通信系统向“超高速”的方向跨越。为了使光通信系统传输信号的可靠性能大幅度的提高,接收端的OSNR容限进一步降低,研究人员相继提出了很多应用于各个光通信模块的先进技术,包括先进的调制技术,检测技术,纠错技术等。其中前向纠错(FEC)技术和相干检测技术已经被广泛地应用于超高速光通信系统,并展现出了优越的性能。LDPC码是一种重要的FEC技术,拥有最接近香农极限的纠错性能。近年来,随着高速光通信系统的发展,LDPC纠错码技术得到了广泛的研究,但是这些LDPC算法中,并没有考虑到相邻码字中由于信道信息引起的码间串扰问题。本文主要致力于适用于超高速光通信系统的LDPC编译码算法的研究,实验证明,在LDPC码中插入标志位,从而提取信道信息的方案,能在很大程度上提高系统性能。本文讨论的主要内容及结果如下：(1)用Matlab搭建了DQPSK直接检测100G/s高速光通信系统,以及QPSK/16QAM相干接收100G/s超高速光通信系统。并分别仿真得到使用LDPC码纠错之前和使用LDPC码纠错技术后系统的系统性能。(2)研究了适用于DQPSK直接检测光通信系统的基于LDPC的水印方案的性能,并仿真几组不同水印位数量下的水印方案的性能,给出了100Gb/s系统中水印方案中水印位数量的最佳比例。仿真实验表明,在BER=10-9时,与传统的对数似然比传播(LLR-BP)译码算法相比较,采用水印方案的LDPC码的最佳净编码增益(NCG)提高了0.5dB,同时,算法的译码平均迭代次数也得到了降低。(3)详细推导了16QAM高阶调制光通信系统中LDPC码的LLR-BP译码算法公式,提出了适用于该系统的水印符号辅助的LDPC方案,并仿真该算法在超高速光通信系统中的性能,仿真结果表明,改进的水印方案同样适用于16QAM相干接收光通信系统。总之,本论文的主要工作集中在研究适用于超高速光通信系统的水印方案上,该方案是一种LDPC码的修正方案,对DQPSK直接检测光通信系统和16QAM相干接收光通信系统的,都能进一步提高传统LDPC纠错码的性能,对未来的光通信系统有一定的意义。

关键词：超高速光通信系统高阶调制相干接收 LDPC编译码水印方案

基于少模光纤的全光纤熔融型模式复用器结构设计与特性研究

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基于少模光纤的全光纤熔融型模式复用器结构设计与特性研究

作者：王招财北京邮电大学

学位级别：硕士

随着科技的进步,以互联网+为理念的全新经济模式时时刻刻的影响着当今人们的生活方式。随着智慧城市、移动互联网、物联网和5G商用时代的来临,互联网流量几乎以每两年翻一番的速度增长。但是当前基于单模光纤（SMF）的通信系统的传输容... 详细信息

随着科技的进步,以互联网+为理念的全新经济模式时时刻刻的影响着当今人们的生活方式。随着智慧城市、移动互联网、物联网和5G商用时代的来临,互联网流量几乎以每两年翻一番的速度增长。但是当前基于单模光纤（SMF）的通信系统的传输容量已接近饱和,无法满足人们日益增长的流量需求。在光场的维度中除了时间,频率,复振幅和偏振以外,空间维度是另一种可以提供复用和提高频谱效率的物理属性。因此,利用空间维度的空分复用（SDM）技术引起了相当大的关注。模分复用（MDM）是SDM中最具应用前景的方案之一,它通过复用少模光纤（FMF）或轨道角动量（OAM）光纤模式来提高通信容量。除了对多模光纤的研究之外,实现MDM的关键挑战之一是模式转换和复用器件的开发。在众多的模分复用技术方案中,全光纤型模式转换和复用器件因其插入损耗小、集成度高等特点在建立全光纤SDM系统中具有天然的优势。为了避免在SDM系统接收端使用多输入多输出（MIMO）的数字信号处理（DSP）技术对模式进行解调,设计一种无串扰的模式转换和复用器件是必不可少的。因而为了实现MIMO-less的SDM系统,设计一种性能优越的模式转换和复用器具有很高的研究价值。本文对适用于MIMO-less的SDM系统的新型少模光纤及模式转换和复用器件进行了研究,设计出了一种能在1530nm-1625nm波长范围内（C+L波段）支持7种模式同时复用传输的模式选择耦合器和复用器,并对其性能进行了详细的分析。主要研究内容如下:（1）提出了基于椭圆环形芯（ERCF）结构少模光纤的模式选择耦合器（MSC）和模式复用器,对ERCF进行了优化设计。该光纤能够在C+L波段传输7种线偏振（LP）模式,且满足临近简并模式的有效折射率差均大于1×10-4。最后对ERCF的性能进行了深入分析。（2）研究了 MSC的结构参数（孔间距和旋转角）变化对耦合器性能（耦合效率和耦合长度）的影响。深入探讨了单模光纤中基模偏振态变化对各模式耦合效率的影响。通过对耦合器结构参数的折衷选择,设计出一种具有高模式纯度和模式耦合效率的模式选择耦合器。（3）通过将MSC进行级联,设计出一种能同时复用7种模式的模式复用器。给出了模式复用器的具体结构参数和制造方案。对C+L波段下,模式复用器各模式的耦合效率和消光比进行了仿真,实现在C波段7种LP模式耦合效率均高于64%,消光比均高于15dB。

关键词：少模光纤模式选择耦合器模式复用器

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网络设备Qos特性的测试方法研究

网络设备Qos特性的测试方法研究

作者：林涛北京邮电大学

学位级别：硕士

随着未来网络建设规模的不断扩大,网络设备功能逐步完善,网络性能不断提高,随之而来的网络设备复杂性也不断增加,这些都使得针对网络服务质量Qos的测试变得越来越困难。如果将没有经过的严格、完备、标准测试的网络设备投入现网中使用,... 详细信息

随着未来网络建设规模的不断扩大,网络设备功能逐步完善,网络性能不断提高,随之而来的网络设备复杂性也不断增加,这些都使得针对网络服务质量Qos的测试变得越来越困难。如果将没有经过的严格、完备、标准测试的网络设备投入现网中使用,那么对于稳定性、可靠性要求极高的通信网络来说会是个潜在的隐患,是应该尽力避免的。因而,研究网络设备Qos(Quality of Service,服务质量)特性的测试非常必要。Qos测试方法的研究内容应该包括技术原理的分析、技术实现方式的研究、应用场景的研究、测试标准的研究、测试平台的搭建、基本功能测试、系统测试、性能测试及现网测试等等。而HQoS (Hierarchical Quality of Service,层次化QoS)特性作为Qos发展的一项前沿技术,目前专门针对它的测试方面研究还不多,鉴于HQoS的复杂性,研究专门针对HQoS的测试方法、测试标准显得非常必要。本文基于在实习公司关于“网关Qos特性测试方法研究”的工作,目的是对于网络设备QOS特性的通用测试方法进行了研究和描述,适用于各种通讯类产品的Qos特性测试。本文的实现流程以及限制均立足于路由器产品,其他类型的网络设备可以参考。本文首先分析了Qos特性的各个基本组成部分和运用到的理论原理,接着描述了构造多流测试的方法,分析了HQoS的亮点——层次化的原理。然后论述了Qos特性的总体测试方法、注意事项及数据结果分析。本文的重点在于提出了一种针对HQoS(层次化Qos)的测试思想、测试方法,以基于以太网接口上的HQoS测试为切入点,对HQoS的测试思想、测试方法、测试流程进行具体实现,包括搭建测试平台、测试组网、基本功能测试、系统测试,最后对测试结果进行分析,验证了测试思想和测试标准。

关键词： HQoS Qos 层次化网络服务测试方法

选区激光熔化碳纳米管增强钛基纳米复合材料工艺及性能研究

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选区激光熔化碳纳米管增强钛基纳米复合材料工艺及性能研究

作者：庄杰南京航空航天大学

学位级别：硕士

钛基复合材料因比强度高、耐蚀性好以及生物相容性佳被广泛应用于航空航天、工业制造和生物植入物领域。然而,随着现代科技对复杂钛材料构件的使用性能要求越来越高,采用激光增材制造技术成为一种新兴制备方法。为进一步满足先进高性能... 详细信息

钛基复合材料因比强度高、耐蚀性好以及生物相容性佳被广泛应用于航空航天、工业制造和生物植入物领域。然而,随着现代科技对复杂钛材料构件的使用性能要求越来越高,采用激光增材制造技术成为一种新兴制备方法。为进一步满足先进高性能钛基复合材料构件在航空航天等领域的应用需求,本文采用选区激光熔化(SLM)技术制备碳纳米管/Ti6Al4V(CNTs/Ti6Al4V)复合材料,从纳米复合粉体制备、成形工艺优化和性能调控三方面开展研究,揭示成形工艺和CNTs对复合材料成形质量、物相形成、组织演变和力学性能的影响机制。为解决CNTs/Ti6Al4V复合粉末分散性差和团聚现象严重等问题,通过优化球磨工艺参数制备面向SLM技术的高球形度和流动性CNTs/Ti6Al4V纳米复合粉末,并研究球磨工艺对粉体特性及随后SLM成形试样质量的影响。优化的最佳球磨工艺为:球磨转速300 r/min,球磨时间4 h,球料比4:1,此时制备的粉体实现CNTs均匀分散和高流动性的最佳平衡,同时试样SLM成形质量尺寸精度高、表面粗糙度低。针对添加CNTs会增加气孔和裂纹等缺陷形成问题,对SLM成形1.0 wt.%CNTs/Ti6Al4V试样的激光工艺参数进行优化,并研究激光能量密度对复合材料致密化行为、表面质量、组织演变和摩擦学性能的影响。结果表明,当激光能量密度η=100-300 J/mm,试样表面球化现象少,粗糙度低,内部未熔粉末和缺陷少,致密度高。另外,C与Ti原子间发生原位反应,生成非化学计量比Ti C(x=0.3-0.6),且随激光能量密度降低(η=78-233 J/mm),Ti C形貌由粗大枝晶状转变为纳米片状,Ti C尺寸逐渐减小。与Ti6Al4V合金相比,原位Ti C增强相显著提高复合材料的显微硬度(467-500 HV)和摩擦学性能,磨损率最低为8.34×10 mm/Nm。针对SLM快速凝固会诱发Ti6Al4V合金及其复合材料的马氏体相变,导致材料强度高、塑性差的问题,分别研究CNTs含量优化和退火热处理工艺对试样综合力学性能调控的影响。结果表明,微量CNTs(0.1 wt.%)提高试样强度降低塑性,成形态Ti6Al4V合金和0.1wt.%CNTs/Ti6Al4V复合材料拉伸强度、延伸率分别为1092 MPa、10.99%和1268 MPa、4.2%;但过量CNTs(1.0 wt.%)生成高含量硬脆相Ti C(20-25 vol%),反而降低复合材料的强度和塑性。经850℃/2 h/FC热处理后α’马氏体发生分解(α’→α+β),释放残余应力,提高塑性,拉伸强度、延伸率分别为971 MPa、12.93%和1115 MPa、6.5%,相较于成形态,热处理试样延伸率分别提高17.7%和54.8%。

关键词：激光增材制造选区激光熔化碳纳米管 Ti6Al4V合金钛基复合材料力学性能