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基于相敏放大的多路MPSK信号同时再生技术的研究

基于相敏放大的多路MPSK信号同时再生技术的研究

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作者：罗田甜北京邮电大学

学位级别：硕士

随着现代通信技术的飞速发展,互联网通信业务呈指数增长,人们对于信息传递的速度以及通信容量的需求也在大幅度上升。为了达到大容量传输的目的,多进制相移键控(MPSK)凭借其高速率、高频谱利用率、高非线性抗性等多种方面的优势,受到人... 详细信息

随着现代通信技术的飞速发展,互联网通信业务呈指数增长,人们对于信息传递的速度以及通信容量的需求也在大幅度上升。为了达到大容量传输的目的,多进制相移键控(MPSK)凭借其高速率、高频谱利用率、高非线性抗性等多种方面的优势,受到人们的诸多青睐,并投入了广泛的研究。然而,由于信号在光纤中传输时,会受到色散、损耗、非线性效应等多种因素的影响,使得信号的质量变差,并且对于越高级的调制格式,由于信号在星座图中的欧氏距离变得更近,抗噪能力变得更弱,就更容易受到光纤链路中产生噪声的影响。因此,为了保证信号的传输质量,需要对信号进行再生,使劣化的信号得到恢复。同时,考虑到目前广泛应用于光网络中的波分复用(WDM)系统,由于多路光波同时在系统中进行传输,加剧了信道间的非线性效应,使各路信号都更容易受到旁路信号的影响。因此,对于多路MPSK信号同时再生技术的研究就显得尤为重要且十分必要。相位敏感放大器(PSA)由于其固有的相敏压缩和低噪放大的特性多年来受到人们的广泛研究。尤其是在相位再生(phase regeneration)领域,取得了诸如幅相同时再生、MPSK信号的再生、无需锁相(lock-free)的再生等多种方面的成果。近几年来,由于WDM技术已较为成熟,目前被广泛应用于光纤通信网络中,基于PSA的多波长同时再生技术在时代的召唤下应运而生。但目前的研究大多都集中在二进制移相键控(BPSK),鲜有对于正交相位调制(QPSK)、八进制相移键控(8PSK)乃至更高阶调制格式的研究。因此,本论文以现有的相敏放大原理为理论基础,对多路MPSK信号同时再生展开了研究,并以四路QPSK信号同时再生为例进行了仿真,并取得了与理论分析相符合的实验结果。本论文进行的主要研究内容如下:1、广泛调研了近几年来PSA技术的应用领域以及国内外多波长同时再生技术的研究现状,分析其方案的优点以及存在的不足之处。从四波混频(FWM)入手,介绍了 PSA实现相位再生的原理,并结合具体的MPSK信号,分析其实现相位再生的关键点。2、基于PSA实现相位再生的理论支撑,利用光纤双向传输的“走离效应”分析多路MPSK信号同时再生的可行性。结合频率关系图以及实验装置图从再生过程中频率间隔的设置、谐波的选取以及多路同时再生三个方面进行具体介绍。3、结合第二步对多路MPSK信号同时再生的可行性分析,以高非线性光纤(HNLF)为介质,四路QPSK信号同时再生为例进行仿真,并从星座图、误码率、单路再生与多路再生的对比、m值的选取等多种方面,分析实验效果。

关键词：相敏放大多进制相移键控四波混频相位再生

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硅基波导光学相敏参量放大研究

硅基波导光学相敏参量放大研究

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作者：马拥华中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所)

学位级别：硕士

现今对通信带宽的要求越来越高,人们期待着高信号速率,高带宽利用率的网络出现,而光互联和光通信被认为是未来大容量数据传送的发展方向。光放大器作为光网络中重要的部件,放大器噪声是限制光通信网络容量的重要因素。近些年光学相敏参... 详细信息

现今对通信带宽的要求越来越高,人们期待着高信号速率,高带宽利用率的网络出现,而光互联和光通信被认为是未来大容量数据传送的发展方向。光放大器作为光网络中重要的部件,放大器噪声是限制光通信网络容量的重要因素。近些年光学相敏参量放大器成为了研究热点,因为它的无噪声放大特性可以有效提升接收端信噪比,提高通信效率,增加放大器带宽。另外在量子通信中它可以增加光子相关性,这对量子通信是有意义的。信号正交相位分量与同相相位分量在相敏放大过程中的放大率不同的这个特点可以用于全光信号处理,例如相位再生,信号取样。本文研究了以绝缘体上硅为非线性材料的光学相敏参量放大过程,其主要内容以及创新点如下:1、概括了硅基集成光路各个部分的发展状况,光学相敏参量放大的研究背景以及它的一些重大研究进展,硅基波导中几种常见的非线性效应以及光波传输的基本理论。2、利用量子理论推导了光学相位敏感参量放大器实现无噪声放大时光子所处的量子态,并验证了其无噪声放大特性以及相位压缩特性。利用小信号近似得到了光学相敏参量放大过程在不同输入条件下的解析解,并逐一进行了分析。3、在通信波段,研究了硅波导中双光子吸收和自由载流子吸收对光学相敏参量放大过程的影响。数值分析了这两个效应对相敏增益函数,相位传递函数以及它的信号再生能力的影响。研究发现这两个效应会使最大增益,最大衰减以及相敏消光比减小,从而会降低相位压缩效率。模拟了在不同信号功率下考虑和不考虑这两个效应时得到的信号时域波形,以此直观的分析这两个效应对相敏信号再生的影响。4、利用一个基于矢量相敏放大的装置,它可以消除在一般光学相敏参量过程中存在的相位噪声到振幅噪声转换这一效应。设计了一个不存在偏振模色散的SOI波导作为这一矢量相敏参量过程的非线性介质。数值模拟了在不同偏振态下信号通过这一装置后的相敏增益函数,相位传递函数以及信号星座图。可以看出当信号偏振态与某一泵浦光平行时,相位噪声到振幅噪声的转换可以被充分抑制。利用这一装置模拟还原了二进制相移信号并用误差矢量参数定量评估了该装置的信号再生性能。

关键词：四波混频光参量放大相敏放大全光信号处理

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单光束多气体浓度光学检测传感器研究

单光束多气体浓度光学检测传感器研究

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作者：潘东子山西大学

学位级别：硕士

当今传感器技术在工农业生产中有着很重要的应用地位,在新技术和新工艺快速突破的基础上检测技术已经有了很大的进步。各种光源结合多种吸收光谱的检测技术的气体传感器在灵敏度、动态范围和响应时间等各项指标比起传统的传感器都有了... 详细信息

当今传感器技术在工农业生产中有着很重要的应用地位,在新技术和新工艺快速突破的基础上检测技术已经有了很大的进步。各种光源结合多种吸收光谱的检测技术的气体传感器在灵敏度、动态范围和响应时间等各项指标比起传统的传感器都有了很大的发展,并且得到了更广泛的应用。作为研究内容之一,本文详细讨论了红外光谱吸收气体检测的基本理论,重点分析了红外光谱分析气体浓度的技术及其工作原理,指出了对于构建满足工业应用的气体检测系统重要性。本文在详细论述了气体分子光谱理论的基础上,着重分析了现有的几大类基于光谱吸收原理的检测气体浓度的技术:直接吸收检测技术、光源频率调制和谐波检测技术、差分吸收检测技术,对几种主要的检测气体浓度的方法做了讨论和比较,指出了气体检测技术存在的微弱信号的处理问题和多通道信号采集的问题,以多种气体检测的实际应用为指导方向,提出了一种实用的气体浓度检测方法,并重点分析了该系统的实验方案和实验结果。论文就以上内容分四章进行阐述。第一章为引言部分,首先介绍了气体浓度检测系统的发展概况;接着简述了红外光谱技术作为气体检测方面的意义以其信号处理技术;最后提出本论文的主要研究内容。第二章首先从气体分子的光谱基本理论入手,介绍了气体分子的光谱吸收理论,包括气体分子的振、转能级结构,吸收线型和线宽,吸收谱线的强度分布;最后在此基础上详细介绍了几大类基于光谱吸收原理的检测气体浓度的技术及其工作原理和锁相放大的方法处理信号的原理。第三章构建系统整体和实验需求出发,首先从上分析了几种待测气体的红外吸收谱线型结构;然后根据气体的吸收谱分析了光源和探测器的选择;接着介绍整体气体腔的设计;然后介绍了设计气体吸收的微弱信号检测电路设计技术,并着重分析了利用锁相放大电路来进行微弱信号检测电路设计,其中包括参考信号电路、信号调制电路、信号解调电路和电源电路等几部分,这些是信号处理的核心。第四章在设计开发一种适用于多种气体的浓度检测传感器的基础上进行的一系列实验,首先介绍配气系统的设计和测试,在保证3种气体能够正确配比的情况下,利用所设计的多气体探测器对三种气体(CO,CO,CH)进行的浓度探测实验,然后对整个系统进行标定,进一步对其稳定性、可重复性、以及相互之间的交叉灵敏度进行了评估。本文主要的创新工作可概括为以下三点:一、实现了单光束多气体同时检测;二、研制了低成本的单光束的气体探测配置电路;三、基于煤矿井下应用,研制了对CO,CO,CH同时进行测量的气体传感器。

关键词：气体红外吸收光谱差分吸收技术红外光源微弱信号检测相敏放大

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