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逆向传输标定法校正自适应光学非共光路像差

光学学报 2023年第12期43卷 94-104页

作者：杨尚君梁静远吴加丽柯熙政西安理工大学自动化与信息工程学院陕西西安710048 陕西省智能协同网络军民共建重点实验室陕西西安710048

自适应光学系统可以抑制大气湍流所产生的波前畸变,波前探测支路和光纤耦合支路之间存在的非共光路像差会导致自适应光学系统闭环后其耦合功率未能有效提升。采用逆向传输标定法由耦合光纤端到波前传感器进行反向传输,将波前传感器采集... 详细信息

自适应光学系统可以抑制大气湍流所产生的波前畸变,波前探测支路和光纤耦合支路之间存在的非共光路像差会导致自适应光学系统闭环后其耦合功率未能有效提升。采用逆向传输标定法由耦合光纤端到波前传感器进行反向传输,将波前传感器采集相对应的波前信息折算到自适应光学系统并实现闭环控制。结果表明:采用逆向传输标定法,数值仿真的耦合效率由27.31%提升至68.14%;静态环境实验的耦合效率由9.04%提升至45.21%;湍流环境实验的耦合效率由19.72%提升至36.93%;复杂环境实验的耦合效率由3.87%提升至7.52%。该方案简单而切实可行,易于在工程上推广应用。

关键词：光纤光学与光通信无线光相干通信自适应光学光纤耦合非共光路像差

基于远场同轴全息的激光M^(2)因子测量技术

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光学学报 2023年第14期43卷 49-56页

作者：李俊博刘斯靓韩志刚李方欣杨振营芮九多王琦朱日宏南京理工大学电子工程与光电技术学院江苏南京210094 南京理工大学先进固体激光工信部重点实验室江苏南京210094

激光光束质量M^(2)因子的动态测量对激光器的设计、制造与应用均具有重要意义。本文提出了一种基于远场同轴全息的光纤激光器光束质量M^(2)因子动态测量方法。通过偏振移相同轴全息技术直接获取待测激光的远场复振幅信息,利用角谱传输... 详细信息

激光光束质量M^(2)因子的动态测量对激光器的设计、制造与应用均具有重要意义。本文提出了一种基于远场同轴全息的光纤激光器光束质量M^(2)因子动态测量方法。通过偏振移相同轴全息技术直接获取待测激光的远场复振幅信息,利用角谱传输及透镜变换理论求解激光在自由空间中的光场强度分布,从而实现M^(2)因子的动态测量。实验搭建了远场同轴全息装置,测量了不同纤芯直径光纤在632.8 nm波长下的激光光束质量,其结果与BEAM SQUARED商用光束质量仪的测量结果一致。本文所提方法仅需0.02 s即可实现光纤激光的M^(2)因子测量,比商用光束质量仪的测量速度提高了两个数量级以上。此外,本装置结构紧凑,能够避免透镜引入的装调及加工误差。

关键词：光纤光学与光通信光束质量M^(2)因子同轴移相干涉角谱传输透镜变换

基于光通信快速反射镜的改进型自抗扰控制算法

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激光与光电子学进展 2023年第7期60卷 106-113页

作者：李俊华董岩林本震刘洋长春理工大学电子信息工程学院吉林长春130012 长春理工大学空地激光通信技术国防重点学科实验室吉林长春130022

为了解决机载激光通信平台在工作环境中,因自身运动姿态的变换、工作环境的不稳定、外界大气湍流等外界因素对跟踪系统的干扰问题,提出一种比例积分微分(PID)与自抗扰控制(ADRC)结合的算法,在线性的自抗扰环节加入PID控制算法,对系统进... 详细信息

为了解决机载激光通信平台在工作环境中,因自身运动姿态的变换、工作环境的不稳定、外界大气湍流等外界因素对跟踪系统的干扰问题,提出一种比例积分微分(PID)与自抗扰控制(ADRC)结合的算法,在线性的自抗扰环节加入PID控制算法,对系统进行仿真和实验测试。结果表明,改进型ADRC在跟踪精度、抗扰动能力和鲁棒性方面都优于传统ADRC,改进型ADRC在跟踪精度上约为6.8μrad,传统ADRC的跟踪精度约为8μrad,可以看出,改进型ADRC的跟踪精度较传统ADRC提高了15%左右。将改进型ADRC系统的控制算法代入实际的快反镜系统中也有良好的跟踪效果。

关键词：光纤光学与光通信快速反射镜线性自抗扰控制比例积分微分控制抗扰动机载激光通信

基于时空冲突图的卫星光网络波长资源特性研究

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激光与光电子学进展 2023年第9期60卷 164-172页

作者：李信李勇军赵尚弘王翔马志强侯睿空军工程大学信息与导航学院通信系统教研室陕西西安710077 装备发展部某中心北京100034

针对动态卫星光网络中的波长资源紧缺问题,研究了其波长数与网络物理连通度的关系,提出了一种基于时空冲突图的波长资源特性分析方法。利用随机生成网络拓扑连接的方式,将卫星光网络的动态拓扑离散为空间和时间冲突图,分别表示网络的物... 详细信息

针对动态卫星光网络中的波长资源紧缺问题,研究了其波长数与网络物理连通度的关系,提出了一种基于时空冲突图的波长资源特性分析方法。利用随机生成网络拓扑连接的方式,将卫星光网络的动态拓扑离散为空间和时间冲突图,分别表示网络的物理连通度和有效窗口。基于时空冲突图理论,建立空间冲突避免的路径选择概率和时间存储的有效窗口业务概率,两者相乘得到时空冲突概率,进而计算网络所需波长数。研究结果表明,波长需求与网络物理连通度、链路最大跳数和转发器数目有着密切关系,在业务重叠因子较大的情况下应该给卫星光网络分配更多的波长资源。

关键词：光纤光学与光通信卫星光网络波长资源时空冲突图物理连通度网络连通度

基于Au-TiO_(2)涂层凹槽的D形光子晶体光纤的等离激元红外传感器设计

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激光与光电子学进展 2023年第7期60卷 100-105页

作者：陈思武京治王艳红吴倩楠中北大学仪器与电子学院山西太原030051

设计了一种基于D形光子晶体光纤(PCF)的新型等离激元传感器,用于检测低折射率的微小变化,并通过有限元法(FEM)对其性能进行了数值分析。与传统D形PCF不同,本文提出在D形光纤截面处刻蚀C型凹槽通道,并涂覆Au层来激发等离激元。C形凹槽通... 详细信息

设计了一种基于D形光子晶体光纤(PCF)的新型等离激元传感器,用于检测低折射率的微小变化,并通过有限元法(FEM)对其性能进行了数值分析。与传统D形PCF不同,本文提出在D形光纤截面处刻蚀C型凹槽通道,并涂覆Au层来激发等离激元。C形凹槽通道的设计可以增强纤芯的能量泄露以及光纤芯模和等离子体模的耦合强度。在Au层上方增覆一层TiO_(2)介电层,可以增强对金属层的保护和提高传感器的灵敏度,将PCF表面等离谐振(PCF-SPR)传感器的工作波长范围扩展到红外区域,仿真结果得到的最大灵敏度为24236 nm/RIU。该传感器可以有效监测低折射率的微小变化,对于生物医学和有机检测及相关应用具有潜在的价值。

关键词：光纤光学与光通信光子晶体光纤等离激元低折射率检测高灵敏性限制损耗

变截面悬臂梁式光纤布拉格光栅压力传感器设计研究

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激光与光电子学进展 2022年第1期59卷 142-151页

作者：潘越宋佳佳王智冲孙春勇甘川河北工程大学机械与装备工程学院河北邯郸056038

为满足煤矿井下复杂环境中围岩应力测量的实际需要,设计了一种变截面悬臂梁结构的光纤光栅压力传感器,并与等截面悬臂梁结构进行了对比。对其压力与光纤光栅漂移量的关系进行了推导;通过有限元方法分析了不同截面悬臂梁影响灵敏度大小... 详细信息

为满足煤矿井下复杂环境中围岩应力测量的实际需要,设计了一种变截面悬臂梁结构的光纤光栅压力传感器,并与等截面悬臂梁结构进行了对比。对其压力与光纤光栅漂移量的关系进行了推导;通过有限元方法分析了不同截面悬臂梁影响灵敏度大小的情况,确定了悬臂梁的尺寸;在此基础上应用数值分析和有限元分析探究了不同结构和材料参数对两种悬臂梁结构灵敏度的影响,同时与类似结构进行了对比分析。研究结果表明:设计时应选用固定端厚度相对较小、自由端厚度相对较大的变截面梁,最终选定的变截面悬臂梁厚度为固定端0.5 mm、自由端2 mm,传感器的压力灵敏度可达893.45 pm/MPa,是裸光纤光栅的294倍。在改变结构及材料参数后,变截面悬臂梁结构的压力灵敏度依然优于等截面悬臂梁,验证了传感器结构的合理性,能够满足煤矿巷道监测所需,并且在量程范围内具有良好的线性。

关键词：光纤光学与光通信压力传感器变截面悬臂梁围岩监测灵敏度

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微波光子雷达去斜接收机的性能分析

激光与光电子学进展 2023年第9期60卷 228-236页

作者：叶星炜邵光灏翟计全张国强南京电子技术研究所江苏南京210039 中国电子科技集团公司智能感知技术重点实验室江苏南京210039

微波光子去斜接收机可通过光域操作实现数吉赫兹宽带线性调频信号的处理,是实现高分辨率雷达的重要途径。本文提出了微波光子去斜接收机的通用理论模型。利用此模型分析了去斜处理过程中的电域信号增益,以及接收机的噪声特性和动态范围... 详细信息

微波光子去斜接收机可通过光域操作实现数吉赫兹宽带线性调频信号的处理,是实现高分辨率雷达的重要途径。本文提出了微波光子去斜接收机的通用理论模型。利用此模型分析了去斜处理过程中的电域信号增益,以及接收机的噪声特性和动态范围等指标。结果表明,单路输出型微波光子去斜接收机的噪声增益为信号增益的两倍。此外还通过数值仿真研究了典型结构下微波光子去斜接收机性能随系统关键参数的变化关系。若去斜接收机的前置电放大器增益为20 dB,则当电光调制器半波电压从6 V降低至1.5 V时,接收链路的灵敏度可优化约10.8 dB,对应的动态范围损失在2 dB以下;而当半波电压低于3 V时,前置电放大器的增益应低于30 dB以避免较大的动态范围损失。

关键词：光纤光学与光通信微波光子雷达去斜线性调频信号

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基于拟合的莱斯因子估计算法

激光与光电子学进展 2023年第7期60卷 85-91页

作者：范钟庆江虹王智宁西南科技大学信息工程学院四川绵阳621010

针对现有的莱斯因子矩估计算法适用性低和复杂度大的问题,提出一种基于拟合的改进矩估计算法,以提高莱斯因子的估计效率。改进的算法首先将矩估计模型进行有理函数近似,然后对近似式求逆,得到两个关于莱斯因子的闭合式。仿真结果表明,... 详细信息

针对现有的莱斯因子矩估计算法适用性低和复杂度大的问题,提出一种基于拟合的改进矩估计算法,以提高莱斯因子的估计效率。改进的算法首先将矩估计模型进行有理函数近似,然后对近似式求逆,得到两个关于莱斯因子的闭合式。仿真结果表明,改进后的算法在样本为50000和1000时,估计效率提高至少2.5倍;在保证估计精度的情况下,拥有更小的时间复杂度,可用在终端资源有限的无线通信场景中。

关键词：光纤光学与光通信莱斯因子莱斯因子估计莱斯信道拟合

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可见光通信的定位与定向系统设计及性能分析

激光与光电子学进展 2023年第15期60卷 128-136页

作者：陈瑾徐世武魏芬张龙腾福建师范大学协和学院福建福州350117 福建师范大学医学光电科学与技术教育部重点实验室福建福州350007 福建师范大学数学与统计学院福建福州350117

针对可见光通信的3D定位与定向问题,提出了一种自适应参数与自适应变异粒子群优化的3D定位与定向方法。首先,分析了一种在复杂环境下的基于测距模型的混合3D可见光定位模型,并将定位问题转化为联合概率密度函数的优化问题。其次,通过计... 详细信息

针对可见光通信的3D定位与定向问题,提出了一种自适应参数与自适应变异粒子群优化的3D定位与定向方法。首先,分析了一种在复杂环境下的基于测距模型的混合3D可见光定位模型,并将定位问题转化为联合概率密度函数的优化问题。其次,通过计算粒子解与种群最优解之间的模糊贴近度,设计了一种自适应参数与自适应变异粒子群优化方法。最后,通过数学方法精确解析了所提3D可见光定位模型的定位与定向误差的理论下边界,即克拉-美罗(Cramer-Rao)下界。结果表明,所提算法的时间复杂度较低,且定位与定向误差都非常接近Cramer-Rao下界,其平均定位与平均定向收敛误差分别为5.99 cm与6.65°,显著优于另外四种基于迭代的可见光定位算法。

关键词：光纤光学与光通信可见光通信接收信号强度定位定向 Cramer-Rao下界粒子群优化