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基于光脉冲编码的布里渊光时域分析仪研究进展

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光学学报 2024年第1期44卷 271-290页

作者：靳思梦杨智生洪小斌伍剑北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室北京100876

布里渊光时域分析仪(BOTDA)因其长距离分布式传感的优势而得到学术界和产业界的广泛研究与应用,光脉冲编码技术可以在不牺牲空间分辨率和测量时间的前提下辅助BOTDA进一步实现可观的信噪比提升,被认为是最高效(高信噪比提升和低硬件成本... 详细信息

布里渊光时域分析仪(BOTDA)因其长距离分布式传感的优势而得到学术界和产业界的广泛研究与应用,光脉冲编码技术可以在不牺牲空间分辨率和测量时间的前提下辅助BOTDA进一步实现可观的信噪比提升,被认为是最高效(高信噪比提升和低硬件成本)的性能提升方法之一,具有显著的优势和应用前景。本文围绕基于光脉冲编码技术的BOTDA,介绍了用于分布式光纤传感领域的几种主流的光脉冲编码技术的原理,综述了近些年基于光脉冲编码的BOTDA传感系统的研究进展。

关键词：光纤光学分布式传感器受激布里渊散射光脉冲编码

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基于PAM4数字光标签的WDM光网络监测

中国激光 2024年第2期51卷 118-129页

作者：杨桃王雪李开宣张冰洁石屿陈舒阳陈昕培北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室北京100876

波分复用(WDM)光网络具有波长和节点数目众多、传输路径动态重构、业务/资源动态调度等特点,亟须发展低成本、高可靠的在线监测技术,以保障光网络的安全稳定运行。本文提出了一种基于四进制脉冲幅度调制(PAM4)数字光标签的低成本、高可... 详细信息

波分复用(WDM)光网络具有波长和节点数目众多、传输路径动态重构、业务/资源动态调度等特点,亟须发展低成本、高可靠的在线监测技术,以保障光网络的安全稳定运行。本文提出了一种基于四进制脉冲幅度调制(PAM4)数字光标签的低成本、高可靠、高效率监测方案,并创新设计了PAM4光标签加载、探测和处理等整套机制与方法,配合所提出的基于PAM4光标签序列特征的光功率监测误差修正方法以及基于频谱峰值的功率计算方法,所提方案可以准确高效地监测波长通道光功率、估计光信噪比(OSNR)并恢复数字标签信息等。搭建了16 GBaud偏振复用QPSK/16QAM WDM光传输仿真系统和离线实验平台,验证结果表明所提方案在25跨段长距离传输后的通道光功率监测误差不超过0.65 dB,OSNR估计误差不超过0.6 dB,性能略优于传统的基于差分相移键控(DPSK)低阶调制格式的光标签监测方案。

关键词：光通信波分复用光标签光功率光信噪比监测

用于光交换的硅基二氧化硅阵列波导光栅路由器的设计与研究

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光通信研究 2024年

作者：李奕璇钱灏泽张世成薛旭伟郭秉礼黄善国北京邮电大学信息光子学与光通信全国重点实验室

【目的】以N×N矩阵形式构成的阵列波导光栅路由器(Array Waveguide Grating Router， AWGR)具有光学并行和波长路由能力，能在不同信道上同时传输N路信号，具有扩展性好、延时低和频带宽等优势，结合可调谐光源能实现快速光交换，是下... 详细信息

【目的】以N×N矩阵形式构成的阵列波导光栅路由器(Array Waveguide Grating Router， AWGR)具有光学并行和波长路由能力，能在不同信道上同时传输N路信号，具有扩展性好、延时低和频带宽等优势，结合可调谐光源能实现快速光交换，是下一代光交换数据中心网络的潜在技术方案之一。为了解决现有AWGR在实际应用中存在的串扰大、有额外的耦合损耗、偏振敏感、损耗非均匀性大等问题，进一步扩大数据中心规模和提升数据交换速度，本文分别对4×4通道，12×12通道的AWGR进行了研究。【方法】通过仿真软件进行基本设计参数的计算，分析研究了AWGR设计流程，并采用光束传播法(Beam Propagation Method， BPM)进行仿真模拟。同时，采用在平板波导和条形波导连接处加入锥形波导taper结构，增大输入、输出波导间距等方法进行性能优化。【结果】仿真结果显示良好的性能参数：4×4 AWGR插入损耗-0.714dB，串扰-35.556dB，损耗非均匀性1.907dB；12×12 AWGR插入损耗-0.294dB，串扰-36.019dB，损耗非均匀性3.428dB。将设计好的器件流片制作进行性能测试。测试结果表明：4×4 AWGR插入损耗-2.586dB，串扰-29.473dB，损耗非均匀性1.921dB；12×12 AWGR插入损耗-3.692dB，串扰-23.874dB，损耗非均匀性3.873dB。【结论】本文研究在串扰和损耗非均匀性等方面进行了性能优化，为后续设计迭代，进一步提升性能参数积累了经验。

关键词：波分复用光交换阵列波导光栅路由器复用器/解复用器

多域跨协议量子网络的域间密钥业务按需提供策略

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物理学报 2024年第17期73卷 33-45页

作者：陈越刘长杰郑伊佳曹原郭明轩朱佳莉周星宇郁小松赵永利王琴南京邮电大学通信与信息工程学院南京210003 北京邮电大学信息光子学与光通信全国重点实验室北京100876

现有的城域量子网络大多基于单一的量子密钥分发协议实现,将不同协议实现的城域量子网络进行互联是大规模量子网络的发展趋势,但其域间密钥业务提供仍存在成功率低、密钥供需不适配等问题.针对以上问题,本文面向多域跨协议量子网络提出... 详细信息

现有的城域量子网络大多基于单一的量子密钥分发协议实现,将不同协议实现的城域量子网络进行互联是大规模量子网络的发展趋势,但其域间密钥业务提供仍存在成功率低、密钥供需不适配等问题.针对以上问题,本文面向多域跨协议量子网络提出了两种域间密钥业务按需提供策略,分别是基于BB84(Bennett-Brassard-1984)旁路优先的按需提供策略和基于测量设备无关(measurement-device-independent,MDI)旁路优先的按需提供策略.同时,设计了内嵌两种策略的域间密钥业务按需提供算法.仿真结果表明,所提策略能够在双域和三域量子网络中高效完成域间密钥业务的按需提供.相比传统策略,两种按需提供策略可将多域量子网络的密钥供需均衡度提高1个数量级以上,MDI旁路优先策略在低密钥率需求下可将域间密钥业务请求成功率提升30%.此外,所提策略可在一定程度上降低域间密钥业务提供的成本,提高现实安全水平.

关键词：多域量子网络量子密钥分发跨协议密钥业务提供

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基于HOE的全息显示双目视差构建方法

液晶与显示 2024年第7期39卷 892-900页

作者：张虎鸣颜玢玢仲崇力肖瑞秦秀娟全佳乐桑新柱北京邮电大学信息光子学与光通信全国重点实验室北京100876

全息光学元件(Holographic Optical Element,HOE)是全息三维显示的重要器件之一。为了解决HOE用于双目全息显示时视差不匹配的问题,本文提出并实现了一种基于HOE的全息显示双目视差构建方法,同时对元件成像时的像差进行了分析校正。通过... 详细信息

全息光学元件(Holographic Optical Element,HOE)是全息三维显示的重要器件之一。为了解决HOE用于双目全息显示时视差不匹配的问题,本文提出并实现了一种基于HOE的全息显示双目视差构建方法,同时对元件成像时的像差进行了分析校正。通过对HOE的制作原理和成像规律分析,结合光线跟踪技术渲染的虚拟模型和现实场景模型,设计了基于HOE的全息双目显示系统,提出了双目视差构建方法,即在获取人眼坐标位置时为观察者实时提供包含双目视差关系的视点图像。通过进一步分析全息显示系统内部的图像畸变产生原因及过程,提出了去畸变的优化处理算法。实验结果表明,提出的方法不仅能够实现HOE实时显示全息三维图像,而且解决了HOE在全息双目显示中视差不匹配以及成像畸变的问题。

关键词：全息显示全息光学元件光线跟踪空间光调制器双目视差

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工业PON中确定性网络传输技术研究(特邀)

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光通信研究 2024年第1期1期(12)卷 1-13页

作者：张佳玮苏琛纪越峰北京邮电大学信息光子学与光通信全国重点实验室北京100876

无源光网络(PON)凭借其大带宽、低成本和抗电磁干扰等优势,被认为是下一代工业互联网的重要组网技术之一。然而,以“带宽提升”为主要技术发展思路的常规PON,其传输控制机制难以满足以“时间敏感”为特征的高品质工业业务传输需求,对常... 详细信息

无源光网络(PON)凭借其大带宽、低成本和抗电磁干扰等优势,被认为是下一代工业互联网的重要组网技术之一。然而,以“带宽提升”为主要技术发展思路的常规PON,其传输控制机制难以满足以“时间敏感”为特征的高品质工业业务传输需求,对常规PON的网络传输能力提出了重要挑战,迫使其融入新的特性,即确定性。文章以时分复用(TDM)-PON为主要研究对象,首先阐述了工业互联网的业务特征及传输需求,分析了工业互联场景下常规TDM-PON面临的两大技术挑战:一是传统带宽分配方案引起的时延不确定性;二是队列调度机制僵化引起的时延不确定性。围绕上述挑战,文章介绍了提升TDM-PON确定性网络传输能力的关键技术,如协作传输接口、单帧多突发和确定性带宽分配(DetBA)等。其次,文章介绍了一种基于网络演算的时延边界建模思路作为确定性工业PON系统设计与性能评估的理论模型。最后,文章从业务层、媒质接入控制(MAC)层、物理层及控制管理平面等多个角度探讨了确定性工业PON的潜在技术及发展方向。

关键词：工业无源光网络确定性网络传输技术确定性带宽分配网络演算

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光路传输质量智能预测技术

光通信技术 2024年第3期48卷 1-6页

作者：谷志群周宇航张佳玮纪越峰北京邮电大学信息光子学与光通信全国重点实验室北京100876

针对传统基于数理模型的光路传输质量(QoT)预测方法难以同时满足高精度和低计算复杂度需求的问题,介绍了单光路、多光路、跨拓扑光路3种光路QoT智能预测技术。这些技术依托于机器学习模型,力求实现端到端光路QoT的精确预测,并可有效应... 详细信息

针对传统基于数理模型的光路传输质量(QoT)预测方法难以同时满足高精度和低计算复杂度需求的问题,介绍了单光路、多光路、跨拓扑光路3种光路QoT智能预测技术。这些技术依托于机器学习模型,力求实现端到端光路QoT的精确预测,并可有效应对以下挑战:其一,面对物理层参数的多样性,如何选择适合的机器学习模型和输入特征;其二,如何有效捕捉光路间错综复杂的关系;其三,如何在少样本情况下实现网络模型的训练和持续优化。最后,对未来的光路QoT预测技术发展方向进行了展望。

关键词：光网络光路传输质量机器学习

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海底光缆系统经济性建模及快速规划算法

光通信研究 2024年第3期 92-98页

作者：高雯静高冠军北京邮电大学信息光子学与光通信全国重点实验室北京100876

【目的】海底光缆在国际通信链路中占据主导地位,在进行海底光缆通信系统的规划时往往是根据经验确定几组可能的方案,然后比选出传输性能和投资成本相对较优的方案。然而,随着通信设备和通信技术的发展,可选的调制格式和光纤数量不断增... 详细信息

【目的】海底光缆在国际通信链路中占据主导地位,在进行海底光缆通信系统的规划时往往是根据经验确定几组可能的方案,然后比选出传输性能和投资成本相对较优的方案。然而,随着通信设备和通信技术的发展,可选的调制格式和光纤数量不断增加,备选方案数量较多,无法快速确定最优方案。因此,有必要建立一个海底光缆通信系统的成本最优化模型,求解成本最优的系统规划方案。【方法】针对海底光缆通信系统中的系统规划配置问题,以跨段距离、光纤类型、光纤纤对数量、中继器输出功率、调制格式和实用信道数为研究变量,建立一个以传输性能、传输容量和供电电压为约束条件的成本最优化模型,利用级联遗传-字典序法对成本最优化模型进行求解计算。【结果】结果表明,文章所提优化算法与全遍历算法的规划结果差异不超过0.34%,但该优化算法运算次数远少于全遍历算法的运算次数,仅为全遍历算法的1/100。其次,级联遗传-字典序法的运算次数受变量范围的影响小于全遍历算法。最后,通过对比不同跨段距离下海底光缆通信系统的最优成本,发现其规划结果不具有规律性。【结论】各个设计变量之间相互影响,系统的最优成本设计无法根据经验得到,需要建立模型求解;文章采用的算法不仅运算结果精确,而且运算次数较少。

关键词：海底光缆通信系统经济性建模遗传算法字典序法

用于光交换的硅基二氧化硅AWGR的设计与研究(特邀)

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光通信研究 2024年第5期 19-24页

作者：李奕璇钱灏泽张世成薛旭伟郭秉礼黄善国北京邮电大学信息光子学与光通信全国重点实验室北京100876

【目的】以N×N矩阵形式构成的阵列波导光栅路由器(AWGR)具有光学并行和波长路由能力,能在不同信道上同时传输N路信号,具有扩展性好、延时低和频带宽等优势,结合可调谐光源能实现快速光交换,是下一代光交换数据中心网络的潜在技术方案... 详细信息

【目的】以N×N矩阵形式构成的阵列波导光栅路由器(AWGR)具有光学并行和波长路由能力,能在不同信道上同时传输N路信号,具有扩展性好、延时低和频带宽等优势,结合可调谐光源能实现快速光交换,是下一代光交换数据中心网络的潜在技术方案之一。为了解决现有AWGR在实际应用中存在的串扰大、有额外耦合损耗、偏振敏感和损耗非均匀性大等问题,进一步扩大数据中心规模和提升数据交换速度,文章分别对4×4和12×12通道的AWGR进行了研究。【方法】文章通过仿真软件进行基本设计参数的计算,分析研究了AWGR设计流程,并采用光束传播法(BPM)进行了仿真模拟。同时,采用在平板波导和条形波导连接处加入锥形波导taper结构和增大输入、输出波导间距等方法进行了性能优化。【结果】仿真结果得到良好的性能参数:4×4 AWGR插入损耗为-0.714 dB,串扰为-35.556 dB,损耗非均匀性为1.907 dB;12×12 AWGR插入损耗为-0.294 dB,串扰为-36.019 dB,损耗非均匀性为3.428 dB。文章制作设计器件流片并进行了性能测试,结果表明:4×4 AWGR插入损耗为-2.586 dB,串扰为-29.473 dB,损耗非均匀性为1.921 dB;12×12 AWGR插入损耗为-3.692 dB,串扰为-23.874 dB,损耗非均匀性为3.873 dB。【结论】文章的研究在串扰和损耗非均匀性等方面进行了性能优化,为后续设计迭代和进一步提升性能参数积累了经验。

关键词：波分复用光交换阵列波导光栅路由器复用器/解复用器