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基于传统OM2光纤的大容量模分复用传输系统研究

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电子学报 2024年第7期52卷 2461-2467页

作者：于新阔李建平秦玉文杨海林彭迪向梦许鸥付松年广东工业大学信息工程学院先进光子技术研究院通感融合光子技术教育部重点实验室

基于传统多模光纤的模式资源，来构建多维复用超大容量光纤传输系统可以有效提升通信系统传输容量，满足急剧增长的数据业务需求.在本文中，我们联合波分复用、偏振复用和模分复用技术，基于传统OM2光纤实现了40个波长信道（1 535.04～1... 详细信息

基于传统多模光纤的模式资源，来构建多维复用超大容量光纤传输系统可以有效提升通信系统传输容量，满足急剧增长的数据业务需求.在本文中，我们联合波分复用、偏振复用和模分复用技术，基于传统OM2光纤实现了40个波长信道（1 535.04～1 566.31 nm）×2个模式信道（LP01和LP11b）的60 G波特偏分复用16阶正交幅度调制（Polarization Division Multiplexing 16-ary Quadrature Amplitude Modulation,PDM-16QAM）信号的短距模分复用相干光传输.整个模分复用链路由一对基于多平面光转换（Multi Plane Light Conversion,MPLC）的模式复用/解复用器和20 m OM2光纤构成.由于高模式隔离度的模式信道特性（实验中，除了对系统关键参数，包括脉冲成型滤波器的滚降因子、削峰比及接收光功率进行了优化外，还引入了Volterra判决反馈均衡方案.该均衡方案不仅能够补偿调制器引入的非线性信号损伤，而且能够缓解前馈均衡方案导致的高频噪声增强问题.最终，实验结果显示所有80个信道的误码率皆低于20%软判决前向误码纠错（Soft Decision Forward Error Correction,SDFEC）阈值2.7×10-2，系统总容量达38.4 Tbit/s，表明基于多模光纤的模式复用相干光传输方案在未来超大容量短距光互联系统中具有应用潜力.

关键词：光纤通信模分复用波分复用相干检测非线性均衡

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“分布式光纤传感”专题前言

光学学报 2024年第1期44卷 9-10+2页

作者：张旭苹何祖源饶云江南京大学南京大学“智能光传感与调控技术”教育部重点实验室南京大学江苏省分布式光纤传感技术与网络工程研究中心南京大学智慧城市研究院中国光学学会光电技术专业委员会中国仪器仪表学会 IEEE SPS Nanjing 上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室 IEEE OSA SPIE 电子科技大学光纤传感与通信教育部重点实验室 13. 中国光学学会纤维光学与集成光学专业委员会中国光学工程学会中国光学工程学会光纤传感技术专业委员会重庆大学光纤技术研究室电子科技大学光纤光学研究中心电子科技大学之江实验室光纤传感研究中心中油奥博(成都)科技有限公司

分布式光纤传感器是一种可以发挥传感合一独特优势的光纤传感器。它利用光纤中的背向散射感知光纤/光缆周边的温度、应变、振动等各种被测量沿着光缆的分布信息。基于分布式光纤传感，一条光缆能够成为一条连续的传感器，可同时获取沿...

分布式光纤传感器是一种可以发挥传感合一独特优势的光纤传感器。它利用光纤中的背向散射感知光纤/光缆周边的温度、应变、振动等各种被测量沿着光缆的分布信息。基于分布式光纤传感，一条光缆能够成为一条连续的传感器，可同时获取沿着长达数十km甚至上百km的光缆各个位置处的被测量信息。例如，一条10 km长的光缆，如果用1 m的采样间隔进行测量，就成为1万个传感器。

关键词：

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分布式光纤传感技术研究和应用的现状及未来

光学学报 2024年第1期44卷 3-65页

作者：张旭苹张益昕王亮余贶琭刘波尹国路刘琨李璇李世念丁传奇汤玉泉尚盈王奕首王晨王峰樊昕昱孙琪真谢尚然吴慧娟吴昊王花平赵志勇南京大学智能光感知与调控技术教育部重点实验室江苏南京210023 华中科技大学光学与电子信息学院湖北武汉430074 北京交通大学信息科学研究所北京100044 之江实验室光纤传感研究中心浙江杭州311100 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室重庆400044 天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 中国电力科学研究院有限公司北京100192 中国煤炭地质总局勘查研究总院北京100039 中油奥博(成都)科技有限公司四川成都611731 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所光子器件与材料安徽省重点实验室安徽合肥230031 齐鲁工业大学(山东省科学院) 山东省科学院激光研究所山东济南250104 厦门大学航空航天学院福建厦门361005 上海交通大学电子信息与电气工程学院区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室上海200240 北京理工大学光电学院信息光子技术工信部重点实验室北京100081 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 兰州大学土木工程与力学学院甘肃兰州730000

我国大型基础设施的建设规模已多年位居世界之首,分布式光纤传感技术(DOFS)作为大型基础设施健康状态实时监测最有潜力的技术,近年来得到了迅速发展。针对DOFS在技术和应用的突破上面临的挑战,在介绍DOFS各技术基本工作原理、发展历史... 详细信息

我国大型基础设施的建设规模已多年位居世界之首,分布式光纤传感技术(DOFS)作为大型基础设施健康状态实时监测最有潜力的技术,近年来得到了迅速发展。针对DOFS在技术和应用的突破上面临的挑战,在介绍DOFS各技术基本工作原理、发展历史、现状以及典型应用原理和方案等的基础上,对其工作新机理、系统设计方案、研究发展方向等进行了阐述和讨论。

关键词：光纤光学分布式光纤传感技术光时域反射仪光频域反射仪干涉型分布式光纤传感

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低NA大模场光纤高耦合效率模场适配器

光子学报 2024年第8期53卷 1-13页

作者：熊峰慕伟王洋马云亮徐呈霖张琦张小贝上海大学通信与信息工程学院特种光纤与光接入网重点实验室上海200444 中国电子科技集团公司第二十三研究所上海201900

为提高低数值孔径大模场光纤与单模光纤的耦合效率,并提高输出光束的光束质量,结合加热扩芯技术和大模场光纤拉锥技术实现二者的模场匹配。基于粒子扩散和绝热拉锥方程分别建立了热扩芯光纤和锥形大模场光纤的理论模型,并仿真了其模场... 详细信息

为提高低数值孔径大模场光纤与单模光纤的耦合效率,并提高输出光束的光束质量,结合加热扩芯技术和大模场光纤拉锥技术实现二者的模场匹配。基于粒子扩散和绝热拉锥方程分别建立了热扩芯光纤和锥形大模场光纤的理论模型,并仿真了其模场分布和传输特性,优化了器件的结构及制备参数。采用数值孔径分别为0.06和0.05的商用和自制的锥形大模场光纤与无附加损耗的热扩芯光纤,制备得到两款模场适配器。分别对器件的插入损耗和光束质量因子进行了实验测试,基于数值孔径分别为0.06和0.05的大模场光纤的模场适配器的正向插入损耗分别为0.29 dB和0.23 dB,正反向损耗差值分别为0.19 dB和0.06 dB,输出光束的质量因子分别为1.26和1.15。仿真和实验结果表明,低数值孔径的大模场光纤对于高阶模式的抑制能力更强且受到纤芯偏移和角度偏移影响更小。基于数值孔径为0.05的大模场光纤的模场适配器具有更高的耦合效率和光束质量,在高功率光纤激光器中有广泛运用前景。

关键词：光纤光学模场适配器光束质量数值孔径插入损耗

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高效的隐私保护多方多数据排序

计算机学报 2024年第8期47卷 1832-1852页

作者：商帅李雄张文琪汪小芬李哲涛张小松电子科技大学计算机科学与工程学院(网络空间安全学院) 成都611731 四川大学数据安全防护与智能治理教育部重点实验室成都610065 电子科技大学(深圳)高等研究院广东深圳518110 暨南大学网络安全检测与防护国家地方联合工程研究中心广州510632 暨南大学数据安全与隐私保护广东省重点实验室广州510632 暨南大学信息科学技术学院广州510632

安全多方计算允许具有私密输入的多个参与方联合计算一个多输入函数而不泄露各参与方私有输入的任何信息,因此近年来受到广泛关注.作为安全多方计算中的一个基础问题,隐私保护排序允许多个参与方在不泄露数据集隐私的前提下计算多个数... 详细信息

安全多方计算允许具有私密输入的多个参与方联合计算一个多输入函数而不泄露各参与方私有输入的任何信息,因此近年来受到广泛关注.作为安全多方计算中的一个基础问题,隐私保护排序允许多个参与方在不泄露数据集隐私的前提下计算多个数据集的排序结果,广泛应用于产品定价、拍卖等场景.现有的隐私保护排序协议大多只支持两个参与方.而已有的多方多数据排序协议通信开销大、计算复杂度高,整体效率较低.现有隐私保护排序协议均未考虑恶意参与者的穷举攻击,因此安全保护不足.对此,本文提出一个高效的隐私保护多方多数据排序协议.多个参与方仅需O(1)轮交互即可以隐私保护的方式获得其持有的多个数据的排序结果.具体来讲,本文设计一种基于多项式的编码方法,将参与方的数据集编码为一个多项式,其每项的指数和系数分别代表数据和该数据的个数.通过多项式加法可实现多个参与方数据集的排序.同时,本文设计了多项式加密、聚合多项式生成和解密多项式生成算法,在保证计算正确性的同时实现多项式的隐私保护.最后,各参与方通过不经意传输技术获得排序结果.本文定义了不合谋参与方穷举攻击下的恶意安全.安全性分析表明本文协议不仅实现了半诚实安全性,而且达到了不合谋恶意用户穷举攻击的恶意安全性.此外,大量实验表明本文提出的协议在通信和计算方面都十分高效.如当参与方数量为15、每个参与方持有20000个数据、数据上界为500000时,本文协议的通信和计算开销分别为898.44 MB和69.76 s,仅为LDYW协议的12.08%和76.85%;而相对于AHM+方案,本文协议在通信开销仅增加约4倍的情况下使计算效率提升了约20倍.

关键词：隐私计算安全多方排序安全数据分析隐私保护排序

面向6G太赫兹无线通信的关键机器学习技术综述(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第3期61卷 7-31页

作者：周雯徐思聪复旦大学通信科学与工程系电磁波信息科学教育部重点实验室上海200433

太赫兹技术作为6G时代的核心通信技术,可以有效解决频段资源日益稀缺的窘境,以满足流量、连接数急剧增长的需求,实现更大的传输带宽。现有机器学习算法如深度神经网络、卷积神经网络和长短期记忆网络等,均可以有效缓解6G传输系统中的强... 详细信息

太赫兹技术作为6G时代的核心通信技术,可以有效解决频段资源日益稀缺的窘境,以满足流量、连接数急剧增长的需求,实现更大的传输带宽。现有机器学习算法如深度神经网络、卷积神经网络和长短期记忆网络等,均可以有效缓解6G传输系统中的强非线性效应,是实现6G太赫兹无线通信的重要手段。介绍了应用于光子毫米波和太赫兹无线传输系统的不同深度学习范式,讨论了应用光子技术办法产生超高速THz波无线信号的国内外主要进展及技术路线对比,并且对较为经典的或是目前最新的应用于太赫兹通信系统中的人工智能技术进行了介绍,同时对未来大速度、高容量的太赫兹通信技术的发展提出了展望。

关键词：太赫兹无线通信 6G 人工智能机器学习神经网络光纤通信

一种可支持66种轨道角动量模式高质量传输的扭曲光子晶体光纤

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光学学报 2024年第16期44卷 38-46页

作者：赵丽娟梁智徐志钮华北电力大学电气与电子工程学院河北保定071003 华北电力大学河北省电力物联网技术重点实验室河北保定071003 华北电力大学保定市光纤传感与光通信技术重点实验室河北保定071003

为了进一步提升光子晶体光纤(PCF)在轨道角动量(OAM)生成方面的设计自由度,本文将螺旋扭曲结构引入PCF,设计了一种可用于OAM传输的扭曲PCF。该扭曲PCF具有多层圆形空气孔和一个圆环结构。通过仿真分析可知,该扭曲PCF可得到最高为17的拓... 详细信息

为了进一步提升光子晶体光纤(PCF)在轨道角动量(OAM)生成方面的设计自由度,本文将螺旋扭曲结构引入PCF,设计了一种可用于OAM传输的扭曲PCF。该扭曲PCF具有多层圆形空气孔和一个圆环结构。通过仿真分析可知,该扭曲PCF可得到最高为17的拓扑荷数,即支持66种OAM模式的稳定传输。在C波段内,该扭曲PCF相邻模式之间的有效模式折射率差均满足?neff>10-4,所有的模式纯度均高于99.4%,且所有模式的有效模场面积和非线性系数都足够小,色散系数均低于35 ps/(km·nm),使得该扭曲PCF具有更好的传输性能和在模分复用中具有应用价值。该光纤的限制性损耗值始终保持在10-10~10-9dB/m数量级之间,因此可以实现OAM的长距离稳定传输,从而为光通信系统容量的提高也提供了一种可能的方案。

关键词：轨道角动量扭曲光子晶体光纤高拓扑荷数有效模式折射率差

高阶轨道角动量传输光纤设计及传输特性研究(内封底文章)

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红外与激光工程 2024年第3期53卷 162-174页

作者：赵丽娟吴雨静徐志钮华北电力大学电气与电子工程学院河北保定071003 华北电力大学河北省电力物联网技术重点实验室河北保定071003 华北电力大学保定市光纤传感与光通信技术重点实验室河北保定071003

为解决一般轨道角动量传输光纤传输轨道角动量模式数量少、质量差的问题,提出了一种基于正六边形空气孔排列的新型光子晶体光纤结构。该光纤引入了空气填充率高的矩形空气孔以及采用高折射率材料填充环形传输区域,能够有效提高环形传输... 详细信息

为解决一般轨道角动量传输光纤传输轨道角动量模式数量少、质量差的问题,提出了一种基于正六边形空气孔排列的新型光子晶体光纤结构。该光纤引入了空气填充率高的矩形空气孔以及采用高折射率材料填充环形传输区域,能够有效提高环形传输区域和包层间的折射率差,且正六边形排列空气孔有利于提高模间有效折射率差。经过结构优化得到最优光纤结构,有限元法的分析结果表明,最优结构下,该光纤在常用波段S+C+L+U波段上能够支持142种轨道角动量模式的传输,最高阶数达到36阶。且所提出光纤具有良好的传输特性,本征模式的最高限制性损耗为10−9 dB/m量级,与典型轨道角动量传输光子晶体光纤相比至少降低了一个数量级;最大有效模场面积能够达到206.18μm^(2),最小非线性系数低至0.397 W^(−1)∙km^(−1);色散平坦且最小色散变化低至1.4578 ps/(nm∙km);所有本征模式纯度均在93.4%~96.8%范围内。且该光纤具有较好的制备可行性,对制造精度要求不高。因此,该光纤在基于轨道角动量光纤的复用系统中具有广阔的应用前景,为提高通信容量提供了一种有效手段。

关键词：光纤光学轨道角动量有限元法限制性损耗通信容量

芯粒集成系统封装I/O高速总线架构设计及实现

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固体电子学研究与进展 2024年第1期44卷 45-49,58页

作者：张转转缪旻朱仕梁段晓龙北京信息科技大学信息与通信系统信息产业部重点实验室北京100101 北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192 北京信息科技大学智能芯片与网络研究中心北京100101

随着集成密度和单片处理速度的不断提升,芯粒集成系统封装(Chiplet SiP)中互连网络日趋复杂且信号与电源完整性、传输能耗问题日趋严重,芯粒与SiP外部的数据交换I/O(Input/Output)容量的提升遭遇瓶颈。为提升芯粒集成度、提高数据传输... 详细信息

随着集成密度和单片处理速度的不断提升,芯粒集成系统封装(Chiplet SiP)中互连网络日趋复杂且信号与电源完整性、传输能耗问题日趋严重,芯粒与SiP外部的数据交换I/O(Input/Output)容量的提升遭遇瓶颈。为提升芯粒集成度、提高数据传输速率与准确率、降低系统功耗,根据芯粒间通信的最新标准通用芯粒互连技术(Universal chiplet interconnect express, UCIe),利用高速串行计算机扩展总线标准(Peripheral component interconnect express, PCIe)在高速数据存储及传输方面的技术优势,设计出一种芯粒高速I/O通信的架构,并用FPGA验证了此架构的可行性,为UCIe标准的落地提供了一种实现途径。

关键词： PCIe 系统芯片芯粒系统封装高速总线