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基于光脉冲编码的相位敏感光时域反射仪研究进展

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光学学报 2024年第1期44卷 240-254页

作者：刘纯野万安池梁永鑫蒋家林吴悦张滨邓子文饶云江王子南电子科技大学光纤传感与通信教育部重点实验室四川成都611731 之江实验室光纤传感研究中心浙江杭州311121

光脉冲编码(OPC)近年来在光纤声波传感领域备受关注,特别是将其与相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)相结合的技术。通过对注入光纤中的探测脉冲进行编码,可在不增加脉冲峰值功率的情况下大幅提高传感信号的信噪比,同时避免了非线性效应的影... 详细信息

光脉冲编码(OPC)近年来在光纤声波传感领域备受关注,特别是将其与相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)相结合的技术。通过对注入光纤中的探测脉冲进行编码,可在不增加脉冲峰值功率的情况下大幅提高传感信号的信噪比,同时避免了非线性效应的影响;在接收端解码后可获得单脉冲响应,系统空间分辨率由单个脉冲而不是整个探测脉冲序列的长度决定,从而在获得高信噪比传感信号的同时保持了空间分辨率。本文首先回顾了OPC在光纤声波传感领域中的发展历程;然后,重点介绍了本课题组基于OPC的分布式和准分布式声波传感研究进展,特别是在传感带宽提升方面的成效;最后,对基于OPC的光纤声波传感技术未来发展方向进行了探讨。

关键词：光纤传感光脉冲编码分布式声波传感相位敏感光时域反射仪

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多频COTDR系统的相位解调优化方法

光学学报 2024年第1期44卷 325-332页

作者：谢浪吴明松王粤晖杨子逸饶云江吴宇电子科技大学信息与通信工程学院光纤传感与通信教育部重点实验室四川成都611731

提出一种基于多频优化分集(MFOD)算法的相位解调技术,搭建了环移多频相干光时域反射(MF-COTDR)系统,实验探究了MFOD算法对信号解调性能的提升效果。结果表明,MFOD算法不仅能够较好地还原相位信息,相较于传统的相位解调算法有超过9 dB的... 详细信息

提出一种基于多频优化分集(MFOD)算法的相位解调技术,搭建了环移多频相干光时域反射(MF-COTDR)系统,实验探究了MFOD算法对信号解调性能的提升效果。结果表明,MFOD算法不仅能够较好地还原相位信息,相较于传统的相位解调算法有超过9 dB的平均信噪比(SNR)提升,实现了33.3 pε/Hz1/2的最小应变分辨率。此外,通过实验验证了基于MFOD算法的MF-COTDR系统对不同频率振动信号的响应性能,实验结果说明该系统具有良好的线性响应能力。

关键词：光纤光学分布式光纤传感相位敏感光时域反射仪相位解调

面向模分复用系统的遗传-MIMO均衡参数优化技术

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电子学报 2024年第5期52卷 1601-1608页

作者：赵天烽文峰冯变霞武保剑许渤邱昆电子科技大学信息与通信工程学院光纤传感与通信教育部重点实验室四川成都611731

在模分复用系统的数字信号处理单元中,多输入多输出(Multi-Input Multi-Output,MIMO)均衡技术可用来补偿由各类模式相关噪声引起的信号误码率(Bit Error Rate,BER)劣化问题.而MIMO均衡算法的工作性能严重依赖于步长因子μ以及抽头数K,... 详细信息

在模分复用系统的数字信号处理单元中,多输入多输出(Multi-Input Multi-Output,MIMO)均衡技术可用来补偿由各类模式相关噪声引起的信号误码率(Bit Error Rate,BER)劣化问题.而MIMO均衡算法的工作性能严重依赖于步长因子μ以及抽头数K,因此在固化均衡器之前,确定MIMO均衡算法中μ-K参数组合的最优值至关重要.为提高参数优化效率,提出了一种基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)的MIMO均衡参数优化方案,即遗传-MIMO(GAMIMO),在保证最小BER输出的同时降低参数优化过程所需的计算开销.为验证GA-MIMO的工作性能,构建了基于10 km六模光纤的点对点通信实验系统,使用新方案补偿并行通信的六路数据,并与最速下降法和迭代算法进行性能比较.实验结果表明,所提GA方案可实现MIMO均衡中最高99.98%的最优μ-K参数命中率,且GA-MIMO算法的全局搜索性使其相比于最速下降法和迭代算法可最多分别节省86.14%和90.3%的均衡算法调用次数,有效降低了确定最优μ-K参数组合时的计算开销.

关键词：模分复用多输入多输出遗传算法少模光纤最小均方误差

拉曼分布式光纤温度传感:技术发展与应用综述

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光学学报 2024年第1期44卷 214-239页

作者：介瑞敏肖春刘旭朱琛饶云江刘波之江实验室光纤传感研究中心浙江杭州311100 电子科技大学光纤传感与通信教育部重点实验室四川成都611731 浙江大学光电科学与工程学院浙江杭州311100

拉曼分布式光纤温度传感(RDTS)系统因其长期稳定性成为最早商业化的光纤传感产品之一,尤其在油气勘探传感的巨大市场中占据半壁江山。数十年来其技术发展日新月异,本文简述了RDTS的基本原理,着重分析了近年来领域内优化和提升RDTS的方法... 详细信息

拉曼分布式光纤温度传感(RDTS)系统因其长期稳定性成为最早商业化的光纤传感产品之一,尤其在油气勘探传感的巨大市场中占据半壁江山。数十年来其技术发展日新月异,本文简述了RDTS的基本原理,着重分析了近年来领域内优化和提升RDTS的方法,分别从系统结构、部件优化、解调方式和智能信号处理等方面系统性地总结了最新研究进展,并通过走访调研了RDTS的全球市场概况及其在各工程领域的典型应用,旨在为分布式温度传感技术的同仁提供有益的参考。

关键词：光纤传感拉曼分布式温度传感空间分辨率信噪比市场调研

基于高品质因子光纤谐振腔的布里渊激光线宽压缩研究

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光学学报 2024年第20期 159-164页

作者：杨艳平刘诗涵周恒电子科技大学信息与通信工程学院光纤传感与通信教育部重点实验室

光纤布里渊激光是实现窄线宽激光器的重要技术方案，光纤谐振腔的品质因子（Q值）越高，产生的布里渊激光线宽越窄。通过增加光纤谐振腔长度同时减小其自由频谱宽度，将耦合Q值提升到1010以上。利用超高精度的PoundDrever-Hall （PDH）... 详细信息

光纤布里渊激光是实现窄线宽激光器的重要技术方案，光纤谐振腔的品质因子（Q值）越高，产生的布里渊激光线宽越窄。通过增加光纤谐振腔长度同时减小其自由频谱宽度，将耦合Q值提升到1010以上。利用超高精度的PoundDrever-Hall （PDH）锁定技术，在光纤谐振腔自由频谱宽度远低于布里渊增益带宽的情况下，实现单纵模布里渊激光的产生，其边模抑制比大于70 d B。此外，采用参考激光外差法、延时自外差法、共腔激光外差法三种方式对光纤布里渊激光器的线宽进行严格测试，实现亚毫赫兹（sub-m Hz）量级的布里渊激光基础线宽。

关键词：激光器受激布里渊散射窄线宽单纵模光纤谐振腔

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基于高Q值光纤腔的布里渊激光线宽压缩研究

光学学报 2024年

作者：杨艳平刘诗涵周恒电子科技大学信息与通信工程学院光纤传感与通信教育部重点实验室

光纤布里渊激光是实现窄线宽激光器的重要技术方案，光纤谐振腔的品质因子(Q值)越高，其中产生的布里渊激光线宽也越窄。本文通过增加光纤谐振腔长度(同时减小其自由频谱宽度)，将其耦合Q值提升到1010以上。利用超高精度Pound-Drever-Ha... 详细信息

光纤布里渊激光是实现窄线宽激光器的重要技术方案，光纤谐振腔的品质因子(Q值)越高，其中产生的布里渊激光线宽也越窄。本文通过增加光纤谐振腔长度(同时减小其自由频谱宽度)，将其耦合Q值提升到1010以上。利用超高精度Pound-Drever-Hall(PDH)锁定技术，在光纤谐振腔自由频谱宽度远低于布里渊增益带宽的情况下，实现了单纵模布里渊激光产生，边模抑制比>70dB。此外，采用参考激光外差法、延时自外差法、共腔激光外差法三种方式对光纤布里渊激光器线宽进行了严格测试，实现了亚毫赫兹(sub-mHz)量级的布里渊激光基础线宽。

关键词：激光器受激布里渊散射窄线宽单纵模光学谐振腔

面向RAFT共识的低能耗无线区块链分片算法

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电子科技大学学报 2024年第4期53卷 595-604页

作者：罗皓翔孙罡雷波电子科技大学光纤传感与通信教育部重点实验室成都611731 中国电信股份有限公司研究院北京102209

区块链系统由于共识协商需要多轮沟通,会消耗大量的能量。在一些无线网络中,节点电池容量有限,会迅速导致节点能量耗尽和脱机,从而影响共识性能。该文设计了一种面向RAFT共识的低能耗的分片算法,算法将无线区块链网络中的节点限制在基... 详细信息

区块链系统由于共识协商需要多轮沟通,会消耗大量的能量。在一些无线网络中,节点电池容量有限,会迅速导致节点能量耗尽和脱机,从而影响共识性能。该文设计了一种面向RAFT共识的低能耗的分片算法,算法将无线区块链网络中的节点限制在基于地理区域的分片上,从而避免节点参与全局共识。同时,还提出了一种分片后的能耗估算方法,简化了分片无线区块链网络的能量计算。在太赫兹和毫米波两个信号场景中得到的仿真结果均验证了该算法的有效性,能耗可降低98.36%,估算方法的最小误差仅为0.40%。

关键词：无线区块链网络 RAFT共识分片低能耗

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片上集成克尔光梳在光学传感领域的应用研究

激光与光电子学进展 2024年

作者：常冰顾逸阳何欣玥梁渝佩赵雅茜张伟勋董飞龙李博闻谭腾姚佰承电子科技大学光纤传感与通信教育部重点实验室南方电网传感科技(广东)有限公司电子科技大学广东电子信息工程研究院

光学频率梳在频谱上由一系列均匀间隔且具有稳定相位关系的频率分量组成。自问世以来，其在光学频率计量和精密测量领域取得了长足的进步。随着微纳加工技术的不断革新，研究人员已经成功地在芯片级的平台上实现了基于三阶克尔效应的微... 详细信息

光学频率梳在频谱上由一系列均匀间隔且具有稳定相位关系的频率分量组成。自问世以来，其在光学频率计量和精密测量领域取得了长足的进步。随着微纳加工技术的不断革新，研究人员已经成功地在芯片级的平台上实现了基于三阶克尔效应的微腔光频梳。这种片上集成克尔光梳具有通道间隔大、相干性好、尺寸小、功耗低且易集成的优势，此外，其与半导体工艺（CMOS）兼容，能够实现低成本、大规模制备，为微波光子学、精密光传感、多光源相干通信等片上集成系统的应用带来了重大机遇。当前，基于片上集成克尔光梳的传感应用发展迅速，技术方案不断更新，带来了功能和性能的新突破。在此，本文重点面向工程技术，首先概述了近年来片上集成克尔光梳产生的新材料平台和片上集成化研究进展，随后综述了其在激光雷达、精密光谱学、分布式光纤传感等光学传感领域取得的进展，最后对片上集成克尔光梳当前研究现状及未来发展前景进行了总结与展望。

关键词：克尔光梳片上集成光学传感

基于Si_(3)N_(4)微环混沌光频梳的Tbit/s并行实时物理随机数方案

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物理学报 2024年第8期73卷 123-130页

作者：王永博唐曦赵乐涵 #张鑫邓进吴正茂杨俊波周恒吴加贵夏光琼西南大学物理科学与技术学院重庆400715 西南大学微纳结构光电子学重庆市重点实验室重庆400715 电子科技大学光纤传感与通信教育部重点实验室成都610097 国防科技大学物质与材料科学实验中心长沙410073

本文结合片上Si_(3)N_(4)超高Q微环的混沌光频梳和高速现场可编程门阵列,提出并实验验证了一种超高速的并行实时物理随机数方案.结果表明,Si_(3)N_(4)超高Q微环实验得到的光频梳齿包含数百个信道,通过调节Si_(3)N_(4)微环的工作状态使... 详细信息

本文结合片上Si_(3)N_(4)超高Q微环的混沌光频梳和高速现场可编程门阵列,提出并实验验证了一种超高速的并行实时物理随机数方案.结果表明,Si_(3)N_(4)超高Q微环实验得到的光频梳齿包含数百个信道,通过调节Si_(3)N_(4)微环的工作状态使其处于光学混沌态,从而成为性能优良的物理熵源.采用现场可编程门阵列(FPGA)板载的多位模数转换器,对滤波后频梳的光混沌信号进行离散采样量化,生成8位二进制比特流.对该比特流进行实时的自延迟异或处理,并保留4位最低有效位,实验最终实现了单信道实时速率达5 Gbits/s的合格物理随机比特流.结合实验中数目达294的混沌光频梳齿,本方案的并行实时随机数的吞吐量可望达到1.74 Tbits/s.这些结果可为实时物理随机数源提供集成、超高速的新可选方案.

关键词：物理随机数实时混沌光频梳现场可编程门阵列

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