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基于双频泵浦正常色散碳化硅微环谐振腔的光频率梳设计

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物理学报 2024年第3期73卷 116-125页

作者：高荣杨亚楠湛晨翌张宗祯邓宜王子潇梁坤冯素春北京交通大学光波技术研究所全光网络与现代通信网教育部重点实验室北京100044 北京交通大学电子信息工程学院北京100044

提出一种利用锁相双频激光泵浦正常色散碳化硅微环谐振腔产生光频率梳的方案.对绝缘体上碳化硅微环谐振腔光波导进行色散调控,实现1550 nm波段平坦正常色散优化设计.利用Lugiato-Lefever方程对锁相双频激光泵浦正常色散碳化硅微环谐振... 详细信息

提出一种利用锁相双频激光泵浦正常色散碳化硅微环谐振腔产生光频率梳的方案.对绝缘体上碳化硅微环谐振腔光波导进行色散调控,实现1550 nm波段平坦正常色散优化设计.利用Lugiato-Lefever方程对锁相双频激光泵浦正常色散碳化硅微环谐振腔的光频率梳产生进行仿真,研究了泵浦失谐量改变时光频率梳产生的时域和频域演化过程.同时探究了泵浦功率、微腔波导损耗、微腔色散、双频激光功率占比、双频激光频率间隔等各项参数对光频率梳产生的影响,仿真产生的光频率梳带宽可覆盖1500—1600 nm.仿真结果有助于推动基于正常色散碳化硅微环谐振腔的1550 nm波段高重复频率宽带光频率梳的研究和应用.

关键词：非线性光学光频率梳正常色散微腔

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基于神经网络和多目标优化算法的掺铋光纤放大器设计

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光学学报 2024年第2期44卷 112-119页

作者：侯文强裴丽王建帅郑晶晶徐文轩田梓辰王丁辰王丽红李晶宁提纲北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学光波技术研究所全光网络与现代通信网教育部重点实验室北京100044

掺铋光纤放大器有助于将光纤通信系统拓展至新的传输波段。然而,其增益和噪声性能存在相互制约的关系,提升增益往往会导致噪声性能的恶化,反之亦然。因此,提出一种结合反向传播神经网络(BPNN)和带精英保留策略的快速非支配排序遗传算法(... 详细信息

掺铋光纤放大器有助于将光纤通信系统拓展至新的传输波段。然而,其增益和噪声性能存在相互制约的关系,提升增益往往会导致噪声性能的恶化,反之亦然。因此,提出一种结合反向传播神经网络(BPNN)和带精英保留策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)的多目标优化方法,通过对两级掺铋光纤放大器结构进行设计,实现了增益和噪声性能的同时优化。使用经过训练的BPNN对增益和噪声系数预测的均方根误差分别为0.191和0.084,具有较高预测精度。以高增益和低噪声系数为目标,使用NSGA-Ⅱ算法进行优化,得到包含500个解的Pareto最优解集。优化后,放大器所能实现的平均增益范围为15~37 d B,相应的平均噪声系数范围为4.95~5.31 d B。利用BPNN代替求解耦合微分方程来评价个体适应度,使得优化时间较传统方法由106s左右降低为80 s左右,大幅提升了优化效率。所提方法也为其他掺杂光纤放大器的高效率、多目标结构优化设计提供了一种新的思路。

关键词：光纤通信掺铋光纤放大器反向传播神经网络多目标优化带精英保留策略的快速非支配排序遗传算法

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太赫兹偏振保持亚波长波导链路功率预算分析

光电子．激光 2024年第5期35卷 449-458页

作者：刘亚静李海粟李晶任国斌北京交通大学光波技术研究所全光网络与现代通信网教育部重点实验室北京100044

为了探究太赫兹偏振保持波导在太赫兹通信系统链路中对传输信号的影响,本工作提出波导链路功率预算模型,研究了偏振保持亚波长介质波导的性能参数(长度、损耗、色散和双折射)对太赫兹幅移键控(amplitude shift keying,ASK)调制系统通信... 详细信息

为了探究太赫兹偏振保持波导在太赫兹通信系统链路中对传输信号的影响,本工作提出波导链路功率预算模型,研究了偏振保持亚波长介质波导的性能参数(长度、损耗、色散和双折射)对太赫兹幅移键控(amplitude shift keying,ASK)调制系统通信性能的影响,计算了不同发射功率、波导长度、调制信号特征时间宽度、调制信号周期时,两个正交偏振态信号的接收功率、信号与干扰加噪声比(signal-to-interference-plus-noise ratio,SINR)和相干、非相干解调误码率(bit error rate,BER)。研究结果显示,通过合理设计波导结构,该系统可实现高速(3.33 Gbit/s)、低BRE(低于前向纠错极限10-3)通信。本工作揭示了太赫兹亚波长波导长度、损耗、群速度色散(group velocity disper-sion,GVD)和双折射对通信性能的影响机制,对研发基于太赫兹波导链路的宽带通信系统具有积极意义。

关键词：波导偏振保持太赫兹通信功率预算

基于DP-MZM调制交/直流功率检测的瞬时频率测量

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光学学报 2024年

作者：田成李晶赵韦晨裴丽宁提纲北京交通大学光波技术研究所全光网络与现代通信网教育部重点实验室

提出并研究了一种基于双平行马赫-曾德尔调制器（DP-MZM）调制单支路交/直流功率检测的瞬时频率测量（IFM）方案。通过引入可调的射频时延将射频频率信息映射到光场相位，再经光电转换传递至交/直流功率比函数，即幅度比较函数（ACF）... 详细信息

提出并研究了一种基于双平行马赫-曾德尔调制器（DP-MZM）调制单支路交/直流功率检测的瞬时频率测量（IFM）方案。通过引入可调的射频时延将射频频率信息映射到光场相位，再经光电转换传递至交/直流功率比函数，即幅度比较函数（ACF），再利用ACF映射关系可实现射频信号的瞬时频率测量。论文首先对方案进行了理论分析与计算，结果表明，ACF曲线关系仅与射频时延差有关，通过调节延迟线引入的时延差可实现测频范围大范围可调。对系统进行了仿真验证，结果表明测频范围为0～16.7GHz的IFM系统方案，误差范围为±200MHz。最后，对影响测频精度的调制系数、调制器偏置电压漂移、调制器消光比进行了讨论，得到了各自容差范围。

关键词：微波光子瞬时频率测量光信号处理射频光子学

基于双频泵浦正常色散富硅氮化硅微环谐振腔的光频率梳设计

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光学学报 2024年第3期44卷 198-208页

作者：杨亚楠高荣湛晨翌李丁邓宜王子潇梁坤冯素春北京交通大学电子信息工程学院光波技术研究所全光网络与现代通信网教育部重点实验室北京100044 北京交通大学电子信息工程学院北京100044

提出一种利用锁相双频激光作为泵浦源输入正常色散富硅氮化硅微环谐振腔产生光频率梳的方案。对富硅氮化硅微环谐振腔进行色散调控,实现1550 nm波段平坦正常色散优化设计。利用LLE(Lugiato Lefever equation)方程进行光频率梳产生仿真,... 详细信息

提出一种利用锁相双频激光作为泵浦源输入正常色散富硅氮化硅微环谐振腔产生光频率梳的方案。对富硅氮化硅微环谐振腔进行色散调控,实现1550 nm波段平坦正常色散优化设计。利用LLE(Lugiato Lefever equation)方程进行光频率梳产生仿真,分析改变泵浦失谐时光频率梳产生的时域和频域演化过程。同时,探究各项参数对光频率梳产生的影响,包括泵浦功率、双频激光功率占比、微腔波导损耗、微腔色散、双频激光频率间隔。仿真实现的光频率梳带宽可覆盖1520 nm到1580 nm。

关键词：非线性光学光频率梳富硅氮化硅色散调控微腔

基于注入锁定激光器的低噪声微波光子变频技术

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光电子．激光 2024年第1期35卷 7-14页

作者：柳杨湄谭中伟北京交通大学、电子信息工程学院、光波技术研究所、全光网络与现代通信网教育部重点实验室北京100044

提出并仿真论证了一种利用马赫-曾德尔调制器(Mach–Zehnder modulator,MZM)以及注入锁定激光器的微波光子变频方法。上支路激光经射频(radio frequency,RF)信号调制实现载波抑制调制后经过滤波器滤出光边带,下支路激光经本振(local osc... 详细信息

提出并仿真论证了一种利用马赫-曾德尔调制器(Mach–Zehnder modulator,MZM)以及注入锁定激光器的微波光子变频方法。上支路激光经射频(radio frequency,RF)信号调制实现载波抑制调制后经过滤波器滤出光边带,下支路激光经本振(local oscillator,LO)信号调制实现单边带调制后通过注入锁定激光器实现光的滤波放大,两束光耦合后进入光电探测器(photodetector,PD)拍频实现上下变频。该结构充分利用了注入锁定激光器能够被输入激光锁定的特性,可以获得完美的本振光,因此,能够通过差频产生更好的微波信号。仿真结果表明,该系统无杂散动态范围(spurious free dynamic range,SFDR)大于90dB·Hz^(2/3),噪声系数(noise figure,NF)小于30dB。

关键词：变频马赫-曾德尔调制器(MZM) 微波光子注入锁定激光器

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应用于光纤放大器的人工智能算法

光通信技术 2024年

作者：张瑞华张鹏飞魏淮宁提纲北京交通大学电子信息工程学院光波技术研究所全光网络与现代通信网教育部重点实验室

光纤放大器设计中存在一些传统方法不易解决的问题:逆设计的高效寻优、正向问题的快速求解和智能化的动态控制。随着人工智能的快速发展，人工智能算法在计算效率、自适应性等方面展现出巨大优势并逐渐应用于解决这些难题。本文重点介... 详细信息

光纤放大器设计中存在一些传统方法不易解决的问题:逆设计的高效寻优、正向问题的快速求解和智能化的动态控制。随着人工智能的快速发展，人工智能算法在计算效率、自适应性等方面展现出巨大优势并逐渐应用于解决这些难题。本文重点介绍了人工智能算法中的元启发式算法以及神经网络算法在上述问题中的具体应用。讨论了不同算法的特点和用途，以及实际应用中的算法选择问题。为在光纤放大器设计中如何合理地使用人工智能算法和发展方向提供了思路。

关键词：光纤放大器人工智能算法元启发式算法神经网络机器学习逆设计

光储备池通感一体通信噪声抑制方案(封面文章·特邀)

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红外与激光工程 2024年第6期53卷 1-8页

作者：裴丽左晓燕白冰王建帅宁提纲李晶郑晶晶北京交通大学全光网络与现代通信网教育部重点实验室北京100044 光子算数(北京)科技有限责任公司北京100016

通感一体技术可利用已大范围铺设的光纤网实现智能传感,具备智能识别、信息融合优势。在同波长通感共传信道中,通感信号串扰及光纤传输噪声严重影响通信信号质量,需提升发射功率来保证低误码率,但增大了非线性噪声和功耗。提出了基于光... 详细信息

通感一体技术可利用已大范围铺设的光纤网实现智能传感,具备智能识别、信息融合优势。在同波长通感共传信道中,通感信号串扰及光纤传输噪声严重影响通信信号质量,需提升发射功率来保证低误码率,但增大了非线性噪声和功耗。提出了基于光储备池计算神经网络的通感共传信道通信失真均衡方法,搭建了信道均衡仿真系统,实现了低发射功率下前向通信信号噪声均衡。周期线性调频光和56 Gb/s四电平脉冲幅度调制信号分别用于分布式瑞利散射传感和数据通信。仿真结果表明,在5~14 dBm入纤功率时,与未均衡信号相比该方法可提供高于3个数量级以上的误码率优化。此方法在短距离模块间15~24 km光纤传输和0.5~2.0 GHz带宽线性调频感测脉冲下均实现了2个数量级以上的误码率下降。依托光储备池计算芯片的低能耗和低延时优势,该方法可为进一步提升通感一体系统中噪声抑制能力提供理论支撑。

关键词：通感一体光信号失真均衡光子集成芯片储备池计算

基于对称光纤模式选择耦合器的多波长高阶横模光纤激光器

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发光学报 2024年第7期45卷 1181-1188页

作者：吕鑫王帆苗云宁任文华郭颖北京交通大学光波技术研究所全光网络与现代通信网教育部重点实验室北京100044 中原工学院物理与光电工程学院郑州低维量子材料与器件重点实验室河南郑州450007

提出并实现了一种基于对称光纤模式选择耦合器和单模-少模-单模光纤滤波器的环形腔高阶横模光纤激光器,获得了多波长、高纯度的LP11模式激光输出。实验结果表明,该激光器可以稳定地工作在单波长、双波长、三波长和四波长状态,对应的LP1... 详细信息

提出并实现了一种基于对称光纤模式选择耦合器和单模-少模-单模光纤滤波器的环形腔高阶横模光纤激光器,获得了多波长、高纯度的LP11模式激光输出。实验结果表明,该激光器可以稳定地工作在单波长、双波长、三波长和四波长状态,对应的LP11模式激光纯度分别为97.60%、97.54%、97.34%和97.19%。对称光纤模式选择耦合器制造工艺简单,性能稳定,为高阶横模光纤激光的获得提供了一种新的可选方案,在光通信、光传感等领域具有潜在的应用价值。

关键词：对称光纤模式选择耦合器单模-少模-单模光纤滤波器多波长高阶横模

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