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吉比特无源光网络（GPON）和光网络终端（ONT）关键技术研究

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吉比特无源光网络（GPON）和光网络终端（ONT）关键技术研究

作者：万洪丹南京理工大学

学位级别：硕士

目前，无源光网络(PON)技术主要有三种：基于异步传输模式(ATM)的APON、基于以太网技术的EPON和吉比特无源光网络(GPON)。GPON作为一种旨在实现全业务接入的宽带接入网技术，相对于其他PON技术，在其标准的制定时就具备了众多优点，尤其... 详细信息

目前，无源光网络(PON)技术主要有三种：基于异步传输模式(ATM)的APON、基于以太网技术的EPON和吉比特无源光网络(GPON)。GPON作为一种旨在实现全业务接入的宽带接入网技术，相对于其他PON技术，在其标准的制定时就具备了众多优点，尤其是GPON的传输汇聚(TC)层协议。本文主要对GPON技术进行分析，并对光网络终端(ONT)相关技术和总体设计方案进行探讨，论文的主要内容如下：论文首先研究了GPON网络技术的发展现状、GPON与各种PON技术的比较，分析了GPON的优势所在;然后密切结合ITU-T最新的G．984系列协议标准，分析了GPON系统的网络结构和协议分层结构、GTC层协议栈模型，并在此基础上探讨了该层的主要功能和工作原理。其次，分析了ONT在GPON系统中的核心功能以及ONT支持的业务类型，结合ONT网络分层结构和各层需要实现的功能对ONT进行分层构建的思想进行介绍;然后，在分析片上可编程系统(SoPC)设计方法特点的基础上结合ONT功能特点，提出了ONT分层设计以及SoPC设计构思，选择了实现ONT SoPC的软硬件平台，给出了ONT总体设计硬件框图和实现SoPC的开发流程;此外，根据GTC层主要实现的功能提出了实现GPON TC层功能的模块化设计思想，并最终完成了其模块化设计原理图，在此基础上对关键模块的工作原理和实现方法进行了分析，对上行方向业务复用模块技术和过程原理进行了深入探讨。最后，从国内外GPON产品和技术特点出发，探讨了实现GPON系统目前存在的问题和解决的方法，分析了GPON技术的市场应用和市场定位，并结合我国实际情况，对其技术发展和前景进行了展望。

关键词：无源光网络吉比特无源光网络光网络终端可编程片上系统

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基于液体光阑的微流控可变光衰减器阵列

红外与毫米波学报 2024年第5期43卷 609-614页

作者：万静俞廷杰陈建松周瑞万洪丹南京邮电大学电子与光学工程学院柔性电子(未来技术)学院江苏南京210023

可变光衰减器(Variable optical attenuator,VOA)广泛应用于光通信和光电子系统中,然而很少有VOA阵列的报道。本文提出一种基于液体光阑的微流控VOA阵列,利用螺旋形轨道实现多光束能量同步非等量衰减,或者使用环形轨道同步等量衰减,其... 详细信息

可变光衰减器(Variable optical attenuator,VOA)广泛应用于光通信和光电子系统中,然而很少有VOA阵列的报道。本文提出一种基于液体光阑的微流控VOA阵列,利用螺旋形轨道实现多光束能量同步非等量衰减,或者使用环形轨道同步等量衰减,其中液体光阑的通光孔径通过介质上电润湿效应调节。该VOA阵列结构紧凑、体积小、操作简单、成本低,可灵活调整多光束之间的衰减比以实现多信道功率均衡。研究结果表明:所提微流控VOA阵列具有超越一般VOA阵列的宽衰减范围(0-100%衰减)和很小的插入损耗(0.26 dB),响应时间为0.1 ms,对偏振不敏感。它也能兼作光开关阵列。所提VOA阵列展示了集成和高性能的潜力,并为应用提供一种经济有效的方式。

关键词：微流控光学可变光衰减器阵列液体光阑介质上电润湿

基于稀土光纤双花生结的高灵敏度光纤温度传感器

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中国激光 2020年第1期47卷 259-264页

作者：陈彧芳万洪丹陈乾周权张祖兴南京邮电大学电子与光学工程学院、微电子学院江苏南京210023

提出并研究了一种基于稀土光纤双花生结(RDDFP)的光纤温度传感器。采用稀土掺杂光纤制备双花生结,利用其包层模和纤芯模干涉对温度的敏感特性,结合稀土光纤中稀土离子的强热光效应,实现对温度的高灵敏度感知与测量。通过理论和实验研究... 详细信息

提出并研究了一种基于稀土光纤双花生结(RDDFP)的光纤温度传感器。采用稀土掺杂光纤制备双花生结,利用其包层模和纤芯模干涉对温度的敏感特性,结合稀土光纤中稀土离子的强热光效应,实现对温度的高灵敏度感知与测量。通过理论和实验研究并对比掺铒光纤双花生结(EDDFP)和掺镱光纤双花生结(YDDFP)两种稀土光纤花生结中的模式干涉和热敏感效应。实验结果表明,相比于普通光纤双花生结,RDDFP具有更强的热光效应和更高的温度灵敏度。其中,EDDFP温度灵敏度为1286 pm/℃,YDDFP温度灵敏度为-2343 pm/℃。基于RDDFP的光纤温度传感器具有灵敏度高、重复性高、全光纤、制作简单、结构紧凑等优势,在电力系统、建筑、航空航天以及海洋开发领域等具有良好的应用前景。

关键词：传感器掺铒光纤双花生结掺镱光纤双花生结高灵敏度温度传感热光效应

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基于微纳光纤环的多波长锁模光纤激光器

中国激光 2017年第9期44卷 11-15页

作者：蔡宇钱禹豪万洪丹张琳张祖兴南京邮电大学光电工程学院先进光子技术实验室江苏南京210023

提出了一种基于微纳光纤环的多波长锁模光纤激光器,该光纤激光器由"8"字形激光腔和微纳光纤环两个部分构成。光纤激光器锁模机制是基于非线性放大环形镜的等效可饱和吸收作用,并在单向激光腔一侧加入微纳光纤环,该环是由单模光纤火焰拉... 详细信息

提出了一种基于微纳光纤环的多波长锁模光纤激光器,该光纤激光器由"8"字形激光腔和微纳光纤环两个部分构成。光纤激光器锁模机制是基于非线性放大环形镜的等效可饱和吸收作用,并在单向激光腔一侧加入微纳光纤环,该环是由单模光纤火焰拉锥后扭曲制成的。由于不同波长的光在通过微纳光纤环扭曲区域时会产生相位差,从而导致了多波长锁模现象。实验中,通过增加抽运功率和调节偏振控制器获得双波长的锁模脉冲。该多波长锁模光纤激光器具有全光纤结构,在光传感、光学测量、微波光子学、光信号处理、太赫兹波产生和波分复用光传输系统等领域都有着非常重要的应用。

关键词：激光器多波长激光微纳光纤环锁模激光器

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基于磷酸盐玻璃微球腔的全光调谐光纤滤波器

中国激光 2021年第1期48卷 108-116页

作者：陈彧芳沈骁周权张帅毛静怡万洪丹南京邮电大学电子与光学工程学院微电子学院江苏南京210023

提出并研究了一种基于磷酸盐玻璃微球腔的全光调谐光纤滤波器。利用自制的磷酸盐玻璃预制棒,以拉丝的方式制作出直径为200~500μm、纤芯-包层折射率差为0.004的磷酸盐玻璃光纤。利用大功率CO_2激光器熔融加热光纤制备出Q值达7.28×10^(5... 详细信息

提出并研究了一种基于磷酸盐玻璃微球腔的全光调谐光纤滤波器。利用自制的磷酸盐玻璃预制棒,以拉丝的方式制作出直径为200~500μm、纤芯-包层折射率差为0.004的磷酸盐玻璃光纤。利用大功率CO_2激光器熔融加热光纤制备出Q值达7.28×10^(5)的微球腔。利用1550 nm波段的可调谐激光器,通过锥形光纤耦合方式激发微球腔内回音壁模式(WGM)共振,获得带宽约2 pm、插入损耗小于0.3 dB的耦合共振谱。在不同功率泵浦光的注入下,磷酸盐玻璃微球腔具有比普通石英微球腔更高的光敏感特性。实验结果表明:当微腔泵浦光功率增加时,磷酸盐玻璃微球腔内的WGM共振谱向短波长漂移(蓝移),光热调谐灵敏度约为72.727 pm/mW,线性度大于0.99;在相同光功率变化下,普通石英微球腔内的WGM共振谱向长波长漂移(红移),光热调谐灵敏度约为0.086 pm/mW,线性度较低。本文提出的磷酸盐玻璃微球腔全光调谐滤波器具有全光控制、结构紧凑、稳定性好、超窄带宽和调谐效率高等优势,在光纤传感和光纤通信等领域具有重要应用。

关键词：光纤光学磷酸盐玻璃微球腔全光调谐回音壁模式光热调谐

Tunable,ultra-narrow-band optical filter based on a whispering gallery mode hybrid-microsphere

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Chinese Optics Letters 2016年第11期14卷 94-97页

作者：万洪丹李宏业朱浩瀚许吉陆云清王瑾 Nanjing University of Posts and Telecommunications Nanjing 210023 China

We demonstrate an ultra-narrow-band optical filter based on a hybrid-microsphere consisting of a coated *** compared to the SiO2 microsphere,the hvbrid-mierosphoro produces a quality factor of 〉10^8.a transmission sport nun bandwidth of 〈*** an increased side-mode suppression *** microsphere surface roughness and whispering gallery mode（WGM） transmission spectra are measured experimentally.A 0.01 nm bandwidth,single-wavelength fiber laser output is achieved with a tunable wavelength,using the SiO2 microsphere as the mode *** optical field distribution and WGM transmission spectrum of the hybrid-microsphere with different coating parameters are theoretically investigated by the finite-difference time-domain method.

关键词： Lasers, fiber Microcavities Optical resonators Resonators

基于高圆度微球腔选模的单纵模窄带光纤激光器

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中国激光 2017年第10期44卷 24-29页

作者：万洪丹丁佐芹汪杰刘琳倩张祖兴南京邮电大学先进光子技术实验室江苏南京210023

提出了一种基于高圆度微球腔选模的双环腔光纤激光器。通过改进熔融加热和表面洁净化处理工艺,获得了高圆度、高Q值微球腔,利用二维可视的三维高精度耦合系统实现锥形光纤-微球腔的高效率耦合。通过优化入射光偏振态和锥形光纤直径,获... 详细信息

提出了一种基于高圆度微球腔选模的双环腔光纤激光器。通过改进熔融加热和表面洁净化处理工艺,获得了高圆度、高Q值微球腔,利用二维可视的三维高精度耦合系统实现锥形光纤-微球腔的高效率耦合。通过优化入射光偏振态和锥形光纤直径,获得了耦合效率为99.5%,3dB带宽为1pm,边模抑制比为14.5dB的窄带回音壁模(WGM)共振谱。将高效耦合的锥形光纤-微球腔作为光纤子环腔选模单元,获得了3dB带宽小于0.01nm,边摸抑制比为40dB,稳定无跳模的单纵模窄带激光输出。

关键词：激光器单纵模回音壁模式双环腔

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基于伴随法逆向设计的硅基分模器

光学学报 2023年第23期43卷 165-172页

作者：陈涛毛思强万洪丹汪静丽蒋卫锋南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院江苏南京210023

基于伴随优化设计算法逆向设计了一种高集成度硅基分模器。通过优化设计得到横电模TE_(0)和TE_(1)双模分模器的尺寸仅为5.5μm×4μm,其可在不改变模阶数的情况下实现模式高效分离。理论结果显示:当输入TE_(0)模式时,中心波长处的插入... 详细信息

基于伴随优化设计算法逆向设计了一种高集成度硅基分模器。通过优化设计得到横电模TE_(0)和TE_(1)双模分模器的尺寸仅为5.5μm×4μm,其可在不改变模阶数的情况下实现模式高效分离。理论结果显示:当输入TE_(0)模式时,中心波长处的插入损耗和串扰分别为0.14 dB和-23.8 dB;当输入TE_(1)模式时,插入损耗和串扰分别为0.48 dB和-22.45 dB;工作带宽覆盖150 nm时,TE_(0)和TE_(1)模式的插入损耗分别低于0.44 dB和1.16 dB。基于全矢量三维有限时域差分法分析了±15 nm制备容差,两种模式的插入损耗低于0.79 dB,串扰低于-18.37 dB。所提出的紧凑型硅基分模器可应用于片上模分复用系统,为大容量片上光通信和光互联提供可行器件。

关键词：集成光学硅基光电子学硅基分模器逆向设计伴随法

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基于聚合物多模干涉器的大容差相干光混频器

光电子．激光 2015年第2期26卷 233-238页

作者：翟羽萌王瑾许吉万洪丹陆云清南京邮电大学光电工程学院江苏南京210003

根据多模干涉器（MMI,multimode interferometer）的自映像效应,设计了基于2×4MMI的聚合物相干光混频器,优化光混频器结构参数;采用模式转换设计解决多模波导的自映像与单模波导模式失配的问题,从而进一步提高其性能。仿真结果表明,优... 详细信息

根据多模干涉器（MMI,multimode interferometer）的自映像效应,设计了基于2×4MMI的聚合物相干光混频器,优化光混频器结构参数;采用模式转换设计解决多模波导的自映像与单模波导模式失配的问题,从而进一步提高其性能。仿真结果表明,优化后的光混频器其传输损耗小于6.3dB,传输不均衡性小于1dB,相位误差小于1°,并且MMI长度与宽度的设计容差分别达到40μm和0.5μm。根据设计制备了聚合物光混频器,通过实验表征了此光混频器的传输性能。在C波段下的测量结果表明,其传输损耗小于10dB,不均衡性在0.5~1.5dB之间,相位误差小于10°,而达到这些性能的MMI长度与宽度的器件容差分别为25μm和0.5μm,均大于制备过程中0.1μm的工艺容差。测量结果与理论模拟结果基本吻合。本文的聚合物光混频器成本低、容差高,对实现高集成度相干接收机具有实际意义。

关键词：相干光接收系统光混频器多模干涉器(MMI) 聚合物波导