一、200 Gbit/s, 10,000 km Single-Channel Transmission by Midway OPC System Using Distributed Raman Amplifiers（论文文献综述）
吕凯,唐建军,张安旭,李俊杰[1]（2021）在《骨干全光网技术发展趋势探讨》文中指出面向新基建,中国电信提出"云网融合"转型战略,率先提出和践行"全光网"理念。其中,骨干全光网先行一步,目标是形成一张覆盖全国的一二干线融合骨干全光网络,夯实新型信息基础设施的带宽基石。基于需求分析,对中国电信骨干全光网当前采用的技术以及未来发展趋势进行深入分析,包括高速大容量全光传输、扩展波段、新型光纤、全光交换等技术。对相关技术研究和产业发展工作提供参考,共同推动全光网技术的发展。
邓灿冉[2]（2021）在《基于RSOA的器件特性优化及其应用于WDM-PON中ONU的传输特性》文中研究表明随着第五代移动通信技术的发展,蓝光视频的直播[1]、高清移动视频通话[2]、超清交互式网络电视[3]等相关宽带业务在不断地更新和普及现代社会的生活方式。同时新技术对移动网络所要求的带宽需求也在日益爆炸增长,这一现象对目前光通信技术中的数据传输速度和传输容量发起了巨大的挑战。对应的,相关行业的研究开发人员也在对周边配套设施和架构等新型关键应用技术进行不断的创新和应用。其中,拓宽光网络传输系统容量和最大化单位带宽的利用率是目前亟待突破的重要问题之一。基于在光纤传输系统中,反射型半导体光放大器（Reflective semiconductor optical amplifier,RSOA）作为体积小、成本低、易集成和低功耗的调制器,凭借及调制和放大一体的功能,完美契合目前光网络单元中调制器的要求。此外,合理地利用调制器的啁啾可以达到延长传输距离以及弥补传输损耗的功能,对调制器的设计和制作也有着指导性的意义。本论文的研究重点是半导体光放大器（Semiconductor optical amplifier,SOA）的调制和放大特性,并对集成半导体器件的啁啾特性加以研究分析。全文的主要工作内容分三个部分,具体结构有如下所示:1、在现有的SOA宽带稳态模型以及高效稳态模型的基础上,修改了RSOA中的有源区部分结构,并在建模中修改了参数,使模型更符合RSOA的工作原理。并在模拟中采用多阶迭代算法来更准确地计算RSOA处于工作区间时的有源区载流子浓度,使得模拟结果和数据更加精确。最后研究了偏置电流和前端输入光功率对RSOA的增益以及噪声指数的影响。2、设计了一种以不归零码型为上下行信号传输格式,基于SOA直接调制上行的DWDM-PON系统,并对不同传输速率下单光网络单元（Optical network unit,ONU）传输系统和多ONU的双向传输系统的进行了仿真模拟,并对结果进行分析和比较以验证可行性。仿真测试结果表明,该方案在直接检测的条件下上下行接受灵敏度分别可达-27.6d Bm和-32.5d Bm,可广泛应用于低成本的密集波分复用无源光网络（Dense wavelength division multiplexing-Passive optical network,DWDM-PON）领域。3、介绍了啁啾效应的原理以及啁啾的产生对光信号的影响,研究并讨论了常用调制技术的原理,对三种常见的调制器件的原理和优缺点进行了讨论。通过搭建仿真链路实现了对这三种调制器在调制中产生啁啾的观测,并分析和对比了这几种调制器在啁啾效应方面的优缺点,并在此工作基础上对电吸收调制器（Electro-absorption modulator,EAM）进行了10Gbit/s信号速率下的长距离传输性能仿真。
王祥青[3]（2021）在《光网络物理层安全认证及加密技术研究》文中进行了进一步梳理信息技术的快速发展,给人类生产生活带来了巨大的变化,新技术和新应用存在大量的信息和数据的产生、传输、交换、处理等环节。光通信速率和距离大幅提升,光网络开放能力显着增强。由于信息窃听手段的层出不穷,现有光通信无法抵御线路或节点窃听攻击,对关键信息基础设施的高速互联安全构成严重威胁。为了实现数据的安全传输,开发光纤通信中的数据保护方案已迫在眉睫。采用物理层安全手段,其安全程度与数据信息内容无关,可以对光纤线路上的所有传输信号实施安全防护。在物理层,不仅数据传输链路存在安全漏洞,接入端也存在安全漏洞。未经授权的访问设备、注入攻击和伪装可能严重威胁整个系统的安全性能。因此,需要适当的身份验证与加密机制。开发能够抵抗克隆和其他模拟攻击的安全认证与加密协议是物理层安全中一个重要的研究方向。传统的光纤网络的安全性主要依赖经典密码算法在协议栈上层实现的,其安全机制主要利用算法的计算复杂度。如RSA公钥算法,由于攻击者计算能力有限,无法及时破译密钥,但是不能抵御量子计算机的攻击。密钥分发被认为是一种有效的安全方案,量子密钥分发（QKD）能够实现无条件安全性。然而,它与长距离的光放大器不兼容,并且系统设计成本高和系统复杂。因此,在经典信道中需要设计一种更简单、更经济的密钥分发方案。目前仍有以下问题需要解决:（1）现有的认证方案很难抵抗暴力攻击,因此在光网络传输之前,需要更可靠的安全认证方案。（2）现有的密钥分发方案存在密钥速率低、一致性不高,因此需要抗攻击、高速率的基于物理层密钥分发方案。（3）现有的加密和密钥分发方案是相互独立的,因此需要密钥分发与加密一体化的保密通信方案,并且能够与现有的系统进行兼容。针对以上问题,本文提出了光纤通信物理层安全认证方案,完成了认证特征提取和对被认证方的判断;提出了基于光物理层密钥分发方案,完成了密钥的提取、量化、编码等,最终生成了一致性和成码率高的密钥序列;提出了基于光通信物理层密钥分发与加密一体化的方案,通过将生成的密钥使用Y00加密协议对传输数据进行加密,并且方案在实验方面进行了验证。本文最终完成了三项创新性工作。1.基于光网络信道特征提取的物理层安全认证方案针对于传统的基于密钥算法的安全认证容易被破解等问题,本文提出了一种通过测量通信双方的误码率（BER）变化来实现物理层安全认证方案。利用信道的短时相关性,通过分析光纤环路的BER变化来识别接收机的合法性。本文采用了一个强度调制直接检测-正交频分复用（IMDD-OFDM）的相位调制光传输系统。分析了窃听者（Eve）额外引入噪声造成的干扰、分光窃听以及替代攻击的情况下的认证效果。仿真与实验结果表明,该方案对上述攻击都很敏感,并且具有较高的检测概率PPD和较低的误报率PFAR。随着频率测试的增加,PPD和PFAR趋于稳定,可有效的实现安全认证。在激光器的发射功率为1mW、波长为1550nm和光纤链路为200km时,检测概率PPD接近98%,虚警率PFAR接近0.1。在此基础上本文又提出一种基于光网络信道特征信噪比（SNR）物理层安全认证方案。该方案解决了安全认证与安全传输联合兼容性问题。认证方经过信道特征提取、量化降噪等方法,计算出SNR的变化率,将SNR变化率作为光纤物理层认证的关键指标,可以准确的反映信道动态特征。仿真结果表明,系统在使用I/Q调制器和相干解调的情况下,可以使检测概率PPD接近98%,虚警率PFAR接近0.1,可有效的实现安全认证。同时,SNR具有测量方便快捷的特点,非常适合推广应用,具有更高的经济效益。2.基于光通信物理层信道特征提取的密钥分发方案针对传统物理层密钥分发系统的复杂性,传输距离短、密钥成码率（KGR）低等问题,本文提出了一种基于光纤信道BER测量的密钥分发方案。通过在发送端和接收端进行环回BER测量,对BER进行量化和编码,生成一致性（KCR）较高的随机密钥。利用光纤信道的随机性,提高了系统生成密钥的安全性。该系统与现有通信设备兼容,并且具有很高的密钥生成速率,测量简单。采用10Gb/s-200km相干光通信系统测量提取信道安全特征信息BER。实验结果表明,在激光器发射功率为10dBm、波长为1550nm、光纤损耗为0.2dB/km的条件下,系统的KGR达到2Mbps,KCR达到98%。为了进一步解决传输性能问题,本文又提出了一种基于光纤信道物理层特征SNR测量密钥分发方案,这样系统的SNR可以比较高,不影响正常的传输。SNR密钥分发优点就是不需要系统的BER很高,在低BER的情况下也可以进行特征SNR的测量,因此不影响正常的传输,所以可以实现密钥分发和加密传输的结合。仿真结果表明,在激光器发射功率为1mW时,系统最终的KGR达到了 25Kbps,KCR最高达到了 99%。3.基于光通信物理层密钥分发与加密一体化方案针对密钥分发与加密联合的兼容性差的问题,本文提出了一种基于光纤信道物理层的密钥分发和加密联合控制系统,可有效解决通、密一体化难题。本文采用10Gbps-200km的光纤通信系统,通过环回测量系统信道特征BER,然后对BER进行量化编码生成密钥。采用量子噪声流加密方法,将正交相移键控（QPSK）信号调制为1024 ×1024高阶正交振幅调制（QAM）信号。利用高阶QAM信号容易被噪声掩盖的特性来进行加密传输。信道各种物理特征如噪声、色散、偏振等可以反映信道的BER变化。实验结果表明,在任意信号发生器发射电压为400mV、EDFA功率为10dBm和光纤损耗为0.2dB/km时,系统的KGR达到了 400Kbps。利用BER得到的密钥对系统进行量子噪声流加密,实现200km的安全传输,并且传输系统BER低。在此基础上,在EDFA发射功率为12dBm和光纤损耗大小为0.16dB/km时,本文又验证了 300km长跨距一体化传输协商性能。实验结果表明,系统的KGR能够达到400Kbps,安全协商KER小于2%。系统中使用高性能光纤传输设备,极大的提高了系统的传输性能,纠错后系统远噪BER为0。
穆宽林[4]（2021）在《光纤时频同步系统的中继放大研究》文中研究说明精密的时间和频率信号稳定度的提高不仅推动着精密实验测量、基本物理规律验证等这类基础科学研究的发展,而且时频同步技术的进步对于深空探测、卫星导航定位等诸多国防、工业生产也具有重大意义。光纤链路具有良好的抗电磁干扰能力以及稳定对称的双向传播路径和传播时延,故基于光纤链路的时频同步系统相比于传统的基于卫星网络的时频同步系统能够取得更高的信号传输稳定度,而成为时频同步技术新的发展方向。作为光纤时频同步系统中不可缺少的一部分,光放大器用于补偿时间和频率信号沿光纤传输过程中的功率损耗,是实现长距离的光纤时频同步系统的关键。故需要根据光纤时频同步系统的双向传输特性设计拥有高增益、低噪声的中继放大系统,用以延长时间和频率信号的传输距离,降低放大器噪声对时间和频率信号稳定度的影响。另外,还需要结合放大器的具体结构对影响系统稳定度的各类噪声进行分类研究,以便指明提升时间频率信号稳定度的方向。本论文内容以可用于光纤时频同步系统的掺铒光纤放大器（Erbium-Doped Fiber Amplifier:EDFA）、光纤拉曼放大器（Fiber Raman Amplifier:FRA）以及光纤布里渊放大器（Fiber Brillouin Amplifier:FBA）为研究对象,重点研究如何提高放大器增益和降低放大器噪声,以及各类放大器引入的噪声对光纤时频同步系统传输信号稳定度的影响。论文的主要创新点总结如下:一、用于光纤时频同步的EDFA研究EDFA 引入的放大自发辐射（Amplified Spontaneous Emission:ASE）噪声会降低光纤时频同步系统中传输信号的稳定度。本文从物理机制上对基于高隔离度双向掺铒光纤放大器（Bidirectional Erbium-doped Fiber Amplifier:Bi-EDFA）的光纤时频同步系统中的噪声进行了理论研究。研究表明由于放大器的高隔离度设计,链路中的瑞利散射噪声被抑制,但高隔离度Bi-EDFA产生的ASE噪声以及由其带来的传输链路双向非对称性会降低系统所传输的时频信号的稳定度。本文还对激光器和探测器引入的强度噪声以及由激光器中心波长抖动和环境温度变化带来的传输时延抖动进行了研究。研究结果表明基于高隔离度Bi-EDFA的光纤时频同步系统的短期稳定度主要受限于放大器的ASE噪声和激光器中心波长抖动,长期稳定度受限于温度变化带来的时延抖动以及Bi-EDFA引起的传输链路双向非对称性。这些理论成果有助于从物理机制上理解各独立器件对传输的时频信号稳定度的影响,衡量器件引入的噪声大小,为提升系统稳定度指明了方向。为降低EDFA中ASE噪声对时频同步系统稳定度的影响,本文提出了一种改进型Dual-stage Single-pass的EDFA结构,使用两个波分复用器在原Dual-stage Single-pass结构EDFA中的两段掺铒光纤之间为未消耗的泵浦光搭建了传输通道,达到了降低放大器噪声指数（Noise Figure:NF）的效果。并基于该改进型结构设计了一款适合于光纤时频同步系统的高增益、低噪声Bi-EDFA中继系统。实测EDFA的噪声指数从改进前的约4.3 dB降低到了改进后的约3.2 dB。二、用于光纤时频同步的FRA/EDFA混合双向放大器研究为了进一步降低放大器噪声对时频同步系统稳定度的影响,本文设计了一款适合于光纤时频同步系统并且等效NF可达到0 dB以下的FRA/EDFA混合双向放大器。该混合放大器结合了 FRA的低噪声和EDFA的高增益特性。实验证明使用FRA/EDFA混合放大器的时频同步系统比单独使用EDFA的时频同步系统能够获得更高的传输稳定度。实测使用EDFA的自由运转的频率传递系统的频率信号秒稳为3.0905× 10-13/1 s,而使用EDFA+FRA和FRA+EDFA混合放大的频率信号秒稳分别为2.0248× 10-13/1 s和1.9678×10-13/1 s。三、用于光纤时频同步的FBA研究FBA的增益带宽窄,由其引入到光纤时频同步系统内的放大自发布里渊散射（Amplified Spontaneous Brillouin scattering:ABS）噪声功率低。但FBA的信号光增益效率依赖于泵浦光和信号光的相对偏振态,并且光纤的随机双折射效应会降低信号光增益并造成输出信号光光功率抖动。为了保证FBA能够获得最大的信号增益和最低的ABS噪声功率。本文从FBA中信号光放大和ABS噪声产生的原理出发,在斯托克斯空间,给出了计算信号光功率和ABS噪声功率的修正矢量功率耦合方程组。研究结果表明,当泵浦光偏振态和信号偏振态相互平行时,能够获得最大的输出信号光功率和最低的ABS噪声;改变泵浦光和信号光相对偏振态,随着信号光输出功率的降低,ABS噪声功率逐渐增大,但二者的总和基本不变;当信号光与泵浦光的偏振态越接近时,通过增加信号光输入功率能够起到更好的抑制ABS噪声的效果。为了抑制光纤中随机双折射效应带来的FBA输出信号光增益降低和功率抖动问题。本文设计了一款基于正交双泵浦的FBA,理论和实验研究表明基于该正交双泵浦的FBA能够克服光纤随机双折射效应带来的信号光增益降低和输出光功率抖动问题,使任意偏振态的信号光都能够获得稳定的高增益且无需调整其入射偏振态。实验测试结果表明,相较于单泵浦的FBA,该正交双泵浦FBA的信号光最大增益提高了 3.74 dB且不同偏振态信号光的增益差从9 dB降低为2.7 dB。理想状态下,这种基于正交双泵浦的FBA模型可以使不同偏振态信号光的增益差减小到零且输出信号光功率无抖动。综上所述,本文针对光纤时频同步系统中传输信号的功率补偿问题,从原理上系统深入地研究了 EDFA、FRA和FBA三种光放大器中信号放大和噪声生成过程。给出了提高放大器增益和降低放大器噪声的方案,研究了放大器及系统中其它设备引入的噪声对光纤时频同步系统所传输信号稳定度的影响。本文的研究成果有助于实现高稳定度的长距离光纤时频信号传输。
孙茜子[5]（2021）在《分布式光纤传感器关键技术研究》文中研究说明分布式光纤传感器以光纤为传感元件,具有抗电磁干扰、抗腐蚀、体积小易嵌入等优点,成为能源工业、土木工程、交通安全等领域故障诊断及事故预警的有效解决方案。其中基于受激布里渊散射（SBS）效应的布里渊时域分析（BOTDA）传感器在长距离的分布式温度、应变检测中具有突出优势,是分布式光纤传感器领域的研究热点之一。BOTDA系统自提出起经过三十多年发展,性能得到了大幅提升,然而目前还有诸多问题亟待解决。例如,通过传统算法从布里渊增益谱（BGS）中提取布里渊频移（BFS）时,在温度、应变变化区域附近的信息判断有严重误差;光脉冲编码技术和分布式拉曼放大（DRA）技术是提升BOTDA系统信噪比（SNR）、实现长距离传感的核心技术,传统编码方案在实际应用中付出了额外代价以应对解码畸变,并且难以在最少的硬件成本和测量时间下尽可能多地提升系统信噪比;分布式拉曼放大技术的相对强度噪声（RIN）和脉冲畸变问题极大地限制了对传感距离的进一步提升,为达到最佳传感性能的设计方法和工作条件尚不明确。论文针对上述BOTDA中有待突破的技术瓶颈,以提升BOTDA综合性能为目的,展开了以下几个方面的研究:1)深入研究了热点区域附近BGS出现双峰的物理机理,揭示了传统BFS提取算法处理双峰BGS产生严重误差的原因。通过求解SBS瞬态三波耦合方程,深入分析了热点附近BGS的变化规律,提出了描述双峰BGS演变的数学模型,利用该模型精确地提取了热点附近BFS。该模型能在复杂的分布式温度或应变分布情况下提供更加准确的BFS信息,全面还原沿光纤的温度或应变分布情况。2)深入研究了分布式光纤传感技术中的编解码理论,分析了各种编解码技术在分布式光纤传感系统中应用时的性能和局限性。提出了一种基于解卷积的新型光脉冲编码技术,解决了传统编码技术实现复杂、理论编码增益和系统应用中的实际编码增益相差较大问题,首次在常规分布式光纤传感器装置中,无需任何辅助硬件、不增加测量时间,使系统SNR相对于最优化单脉冲方案SNR的提升达到理论编码增益,并通过BOTDA和拉曼光时域反射计（ROTDR）实验验证了该技术。3)深入研究了基于一阶分布式拉曼放大的长距离BOTDA技术。分析了拉曼泵浦相对强度噪声对系统性能限制机理和布里渊泵浦脉冲畸变机理;证明了平衡探测可以完全消除共模的RIN噪声,从而显着提高系统SNR;提出了补偿脉冲方案,解释并解决了拉曼泵浦和布里渊泵浦脉冲之间的走离效应引起的脉冲畸变、布里渊频谱展宽和双峰现象;针对最优化一阶DRA-BOTDA系统性能问题,提出设计拉曼泵浦、脉冲、探测光输入功率的准则和方法,基于此理论并结合在线式掺铒光纤放大技术,实现了环路传感距离300km、空间分辨率2 m以及频率精度1.3 MHz的性能指标,其品质因素（FoM）达到4 ×106,刷新了 BOTDA传感器综合性能的纪录。
陈诗[6]（2020）在《模分复用光纤的理论设计及应用研究》文中指出单模光纤通信系统的容量受限于非线性香农极限,难以满足逐年急剧膨胀的流量需求。所幸的是,基于光波横向空间维度的空间位置复用以及模分复用技术仍然存在极为庞大的容量提升空间,因此近十年来各种模分复用特种光纤的设计研制以及相关模分复用光纤通信成为国际研究热点之一。本论文围绕模分复用光纤开展了一系列理论和实验研究工作,涉及光纤包括传统光纤、环形光纤、退简并多模光纤、掺铒光纤等。具体内容如下:（1）研究了光纤中不同模式基的基础理论。详细分析了光纤中本征模式、线偏振（LP:linearly polarized）模式、圆偏振和线偏振轨道角动量（OAM:orbital angular momentum）模式四种常用模式基的强度、相位、偏振空间分布特征,并探讨了这四种模式基间的变换关系以及用于光纤模分复用传输的性能。（2）理论研究了传统光纤中支持OAM模式的特性。（1）研究了传统OM3多模光纤中OAM模式的模群分布、宽谱特性以及外界扰动和内部缺陷的影响。（2）研究了G.652标准单模光纤支持可见光OAM模式的特性,包括椭圆、弯曲的容忍度以及光纤衰减和带宽等。仿真结果表明,这两种广泛铺设的传统光纤均能够支持多通道OAM模群间低串扰复用通信。（3）环形光纤设计和制备。（1）设计了一种空气芯强导环形光纤,其支持相邻非奇偶简并模式间折射率分离均大于10-4。（2）设计了一种具有低损耗、低色散和超低非线性的弱导环形光纤,其支持1到12阶OAM模群间折射率分离均大于10-4。（3）针对弱导环形光纤提出了一种简化多输入多输出（MIMO:multiple-input multiple-output）均衡的模分复用方案,并分别从时域和频域比较了简化MIMO与传统全局MIMO的算法复杂度。（4）结合氟掺杂包层设计制备并实验测试了三种低损耗（≤0.26d B/km）弱导环形光纤,其高阶模群间串扰小于-20 d B/km。（4）本征模式完全分离的退简并多模光纤设计。（1）结合结构双折射和应力双折射设计了一种熊猫型椭圆纤芯多模光纤,能够实现24个本征模式在整个C波段超过1.35×10-4的折射率分离。（2）进一步采用椭圆环形纤芯结构设计了一种领结型椭圆环芯多模光纤,能够实现52个本征模式在整个C波段超过1.09×10-4的折射率分离。（3）设计了一种纤芯非对称的实芯光子晶体型多模光纤,在整个C+L波段能够实现51个本征模式间超过1.37×10-4或者24个本征模式间超过1.10×10-3的折射率分离,并且具有极低的限制损耗。（5）OAM模分复用掺铒光纤设计和测试。（1）基于双包层弱导环形光纤设计了一种包层泵浦的增益均衡OAM模分复用掺铒光纤,能够实现所有14个OAM模式在整个C波段大于20 d B的增益和不超过0.63 d B的增益差。（2）实验测试了一种实际制作的环形掺铒光纤对1阶OAM模式的放大性能,测得在整个C波段的小信号增益大于14 d B。（6）实验研究了基于OAM模分复用光纤的通信系统。（1）实验验证了全双工双向OAM模式1.1 km复用通信系统。上、下行链路分别传输两路x、y偏振±1阶OAM模式。（2）通过采用低损耗环形光纤、超低损单模光纤和自制全光纤OAM模式复用解复用器,实验实现了基于环形光纤中1阶和2阶OAM模式复用的高速子网络和基于单模光纤的低速子网络无缝连接的100 km异构全光纤通信系统。
张天航[7]（2020）在《基于光延迟的微波信号处理技术研究》文中提出微波技术已经成为现代通信、雷达探测、卫星定位等众多应用领域的核心技术,宽带、高速、精准的微波信号处理技术成为人们关注研究的前沿热点。然而,基于电子技术的微波信号处理技术,在处理速率、传输损耗、带宽、抗干扰能力等方面都不能满足应用需求。微波光子技术以其高效、大带宽、低损耗、抗电磁干扰等方面的优势,可以全方位地提升微波信号处理能力。论文将围绕微波光子信号处理技术,重点研究了全光数模转换和光电模数转换技术,论文的主要内容包括:首先,对现有的光数模转换和光模数转换的技术方案进行了详细地研究,分析了这些方案的优缺点。阐述了微波光子信号处理的原理和关键技术,以及核心光电子器件的原理和工作特性,特别论述了光延迟的原理、测量以及控制方法。并分析了数模转换和模数转换的基本原理,并对其中的技术指标进行了讨论。其次,针对传统数模转换器转换速度受限的问题,提出了一种基于光延迟的全光串行数模转换方案。采用多只波长独立的半导体激光器输出不同权值的光载波并复用,将待转换的串行数字信号调制到该复用的光载波上。再利用光纤色散斜率控制实现多个波长分量之间的等差光延迟,使不同比特位带有权值的光信号在同一段时间窗口内实现非相干叠加。最后,利用时钟同步的光判决门将该时间窗口的叠加光信号切取出来,该光信号的强度即代表模拟量幅度。搭建了基于光延迟的4bit全光串行数模转换实验系统,对4bit数字信号的16个模拟量进行遍历,测得积分非线性误差和差分非线性误差分别为0.108和0.479。同时该数模转换还实现了正弦波、三角波和锯齿波的输出,其转换速率为3.125GS/s,生成的195.3 MHz正弦波,有效位数达到3.46 bit。理论分析和实验研究表明方案可行,实现了较好的技术指标,高精度的延时控制、光开关判决速度以及消光比都会影响系统的性能。再次,针对数模转换位数受限于光源光功率精度的问题,提出了一种基于光延迟插值的光电混合数模转换方案。工作原理为多路EDAC的转换结果分别调制到不同波长的光载波上并复用。然后,利用时钟同步的光判决门截取每个字节时间窗口内不同波长分量的光强度信息。最后,利用光纤色散在不同波长分量之间引入等差光延迟,使带有对应模拟量幅度信息的各个波长分量在时域上均匀展开,完成了基于光延迟的插值,最终输出模拟信号。搭建了基于光延迟的8波长通道和电数模转换器转换精度为16 bit的光电混合数模转换实验系统,实现了转换速率8.33 GS/s的运行,产生了正弦波、三角波、方波和锯齿波等模拟信号,产生的260.4 MHz正弦波,有效位数达到为5.05 bit。理论分析和实验研究表明方案可行,实现了优异的技术指标。利用光延迟插值实现了多路电数模转换器的并行转换,转换速率得到了较大提高。多通道幅度和延迟的失配是误差的主要来源。最后,提出了一种基于光延迟的光电混合模数转换方案。工作原理为采用窄的电脉冲调制宽谱光源产生采样光脉冲。然后,将采样脉冲功分多路并引入等差光延迟,形成多路并行采样脉冲提升了采样速率,模拟信号通过多路强度调制实现采样。随后,利用光纤传输的色散效应,将采样光脉冲展宽由电模数转换阵列完成电量化。理论上推导了多通道幅度和延迟的一致性以及调制的非线性对转换精度的影响。并在此基础上,提出了多通道一致性预校正方法和调制器非线性后处理方案。基于高精度光延迟测量和光纤延迟线制作技术,实现了多通道延迟一致性误差控制在1ps以内。通过添加调制非线性校正,可以提升有效位数,验证了非线性校正的有效性。搭建了基于光延迟的4通道光电混合模数转换实验系统,实现了采样速率12GS/s,对1.992GHz的正弦信号进行模数转换,其有效位数达5.84bit。理论分析和实验研究表明方案可行,实现了高速和宽带的模数转换,且实验系统具有实用价值。综上所述,基于微波光子技术及光延迟技术,实现了微波信号的全光数模转换和光电混合模数转换,具有较高的应用价值。
刘欣[8]（2020）在《高速光纤通信系统中概率整形关键技术研究》文中研究指明近年来,随着5G移动通信、物联网、云计算、人工智能等新兴业务的不断发展,人们对互联网流量的需求呈指数型增长,这对光纤通信系统提出了更高要求。为了追求更高的传输速率,QPSK、16-QAM、64-QAM甚至更高阶的调制格式被广泛应用以提高频谱效率（Spectral Efficiency,SE）。概率整形技术（Probabilistic Shaping,PS）通过调整星座概率分布获取成形增益,可在有效提升光纤通信系统的频谱效率（SE）的同时,使信道容量逼近香农极限。因其灵活高效、易于同其他技术结合的特点,概率整形技术被认为是未来超高速、超大容量、超低时延的高速光纤通信系统的关键技术之一。本论文在研究高速光纤通信系统中概率整形关键技术理论的基础上,重点研究了概率整形QAM调制方案、概率整形与新型纠错编码联合调制方案、概率整形光纤通信系统数字反向传播（Digital Back Propagation,DBP）算法。主要研究工作及创新点如下:（1）研究概率整形QAM调制方案,提出了一种集分区双偏振态概率整形12QAM（PS-SP-TP-12QAM）光信号产生方案,该方案将PS-12QAM星座点映射到两个集分区中,并对分别对集分区添加彼此正交的偏振态,从而增加了 PS-12QAM的维度。理论分析表明,PS-SP-TP-12QAM显着优化了 PS-12QAM星座的平均欧式距离,且不需要增加概率分布的复杂度。仿真结果表明,PS-SP-TP-12QAM误码性能与广义互信息（Generalized Mutual Information,GMI）均优于 PS-12QAM,误码性能提升约为0.5dB;同时该方案的误码性能与广义互信息（GMI）介于PS-8QAM与PS-16QAM之间,因其独特的频谱效率,是对这两种调制方案的一种重要补充。（2）研究了基于二进制LDPC（B-LDPC）码与非二进制LDPC（NB-LDPC）码的概率幅度整形（PAS）联合调制系统,提出了一种采用比特度量译码器（BMD）的NB-LDPC码与PAS联合调制方案,该方案采用的BMD不需要将非二进制码的字段顺序与星座大小进行匹配,对于QAM星座大小及有限域没有限制,提升了联合调制方案的灵活性。理论分析表明,BMD可以适用于PS-32QAM,而SMD则不能实现奇数阶数的QAM调制。仿真结果表明,当方案中NB-LDPC编码效率较高时,BMD与SMD的误帧性能差距基本消失,此时BMD的灵活性不会带来性能损失;当方案的整体传输码率提升时,BMD的误帧性能衰减幅度小于SMD,这表明BMD译码的有效性更高,更适合频谱效率更高的NB-LDPC码与PAS联合调制方案。（3）研究了高速光纤通信系统的非线性损伤及补偿方法,提出了一种基于分步傅里叶变换的时域加权自适应变步长DBP（TWA-SSFM-DBP）算法,该算法将线性补偿置于时域内并与非线性补偿直接级联,降低了 SSFM-DBP算法复杂度和累计误差量化,同时通过自适应变步长增加了算法的灵活性,有助于实现算法最优性能。仿真结果表明,TWA-SSFM-DBP相比CDE有1dBm入射功率与0.5dB的SNR增益;随机时间间隔百分比R≈10%时基于该仿真方案的TWA-SSFM-DBP达到最优性能;相同入射功率情况下,TWA-SSFM-DBP的传输距离最远,约高出CDE方案700km。
俞钊[9]（2020）在《基于FPGA的Φ-OTDR传感系统加速计算研究》文中研究表明分布式光纤传感系统是目前研究与应用广泛的传感系统,相较于传统的点式传感系统具有不可替代的优势:使用无源光纤作为敏感元件,能够抗电磁干扰、抗形变、高灵敏度;同时能够在单条光纤上实现长距离的多点多物理量（振动、应变、温度等）检测。相位敏感光时域反射计（Φ-OTDR）是一种高灵敏度的分布式光纤传感系统,能够实现对外界物理量的定量检测,满足安防、交通、建筑等领域的检测要求,得到了广泛关注与研究。随着对Φ-OTDR系统研究的深入,Φ-OTDR系统的检测指标（传感距离、精度、响应速度等）逐步提高,其信号处理的数据量不断增大,如何实现大量数据的实时处理和传输成为该技术亟需解决的瓶颈问题之一。本课题针对长距离、高带宽Φ-OTDR系统面临的数字信号处理系统性能问题开展了相关研究。本课题的主要研究内容如下:1、本课题对Φ-OTDR传感系统进行了理论分析,确定系统的信号处理流程,分析信号处理流程中的性能瓶颈,提出使用FPGA加速Φ-OTDR信号处理,并对计算流程中的数据带宽进行了分析。2、本课题设计了基于FPGA的Φ-OTDR信号处理平台,采用Artix-7 FPGA作为信号处理器,同时包括高速ADC、DDR3内存和PCIe接口等外设;使用电路设计软件对硬件电路进行设计,并制成一套样机。3、本课题在FPGA上使用Verilog开发了Φ-OTDR信号处理程序,程序采用了流水线处理架构,使用滑动窗数据帧分割、并行FFT计算、多级缓存等一系列加速计算方法,实现了在40KM传感距离和2KHz重复频率下的Φ-OTDR信号实时处理。4、本课题在工控计算机上开发了一套上位机程序,实现计算结果的实时显示与存储,实时获取外界振动的强度与位置信息。经过测试,使用FPGA作为数字信号处理加速器,能够大大减轻传统计算机数据处理压力,保证Φ-OTDR传感系统在高重复频率下的运算实时性,为系统的可靠性和稳定性提供了有效保障。
姜寿林[10]（2019）在《面向大容量光纤通信的弱耦合空分复用光纤及关键器件》文中研究表明自高锟先生提出以玻璃作为光通信媒介以来,得益于光纤设计制备、波分复用、宽带放大、高阶调制和相干接收等技术的发展,光纤传输容量实现了持续高速增长,而今,光纤已成为全球通信网络的基石。随着5G、大数据、云存储、云计算、高清视频等的迅速发展,全球因特网数据流量预计仍将以年均约26%的速度高速增长,“万物互联”的新时代对于光纤传输容量提出了更高的要求。然而由于非线性效应以及光致连续损伤效应,传统技术手段难以维持光纤传输容量的高速增长。而空分复用技术能够充分利用光纤的空间维度,通过正交模式复用或多纤芯复用的技术手段,有望实现单根光纤传输容量的成倍增长。研究空分复用技术对于实现下一代大容量光纤通信具有重要意义。本文聚焦于弱耦合空分复用特种光纤及关键器件相关的研究,具体研究内容包括:低模间串扰少模光纤设计与性能表征、宽带弱耦合多芯光纤设计、模分复用关键器件设计与制备等方面。论文的创新点和主要研究成果如下:1)针对阶跃少模光纤中LP21模与LP02模之间存在较强模式耦合的问题,创新性地提出了环辅助型少模光纤结构。通过优化环辅助结构的参数,设计制备了最小模间有效折射率差为1.8×10-3的环辅助型四模光纤,是阶跃折射率四模光纤中最小有效折射率差的2.2倍。1550 nm波长处各模式平均损耗与模式相关损耗分别为0.23 dB/km和0.02dB/km,与阶跃折射率少模光纤相比,由于环辅助结构引入的额外损耗小于0.01 dB/km。首次基于相位噪声补偿扫描波长干涉仪技术实现了23 km少模光纤分布式模式耦合的连续测量,结果表明,环辅助型少模光纤具有更好的鲁棒性,在强扰动情况下LP21与LP02的模间串扰得到有效抑制。进一步的,设计了环辅助型七模光纤,支持12个独立空间信道,最小模间有效折射率差约1.7×10-3。2)针对高密度多芯光纤截止波长长、可用带宽小的问题,通过优化异质纤芯的沟槽参数,能够很好地平衡串扰、有效模场面积以及截止波长之间的折衷关系,在保证低串扰的同时,大幅提高多芯光纤的可用波长范围。详述了不同纤芯的参数优化与选择方案,设计了125-μm包层六芯和八芯光纤,其中六芯光纤串扰小于-30 dB/100km,截止波长约1300 nm,相较于已报道同等串扰水平的其它多芯光纤,单模工作波长范围提高为原来的3倍左右;八芯光纤串扰小于-30 dB/km,截止波长为1260 nm,能够满足接入网和数据中心等短距离应用场景的需求。3)制备了高性能的宽带低插损LP11模式耦合器,最低插入损耗仅0.3 dB,在1480-1640 nm波长范围内模斑清晰可见,插入损耗小于0.6 dB。基于制备的器件搭建了两模复用/解复用器件,并在15 km少模光纤中分别实现了25 Gbit/s NRZ信号和20 Gbit/s PAM4信号的传输。基于三模耦合模型,提出了一种手性耦合光纤型方向角非对称模式(LPmn模,m≠0)旋转器,并利用光束传播法进行了仿真验证。在传统的基于保偏少模光纤的模式旋转器中,需要使得入射模式瓣方向与光纤快轴成指定夹角。而在本文所设计的模式旋转器中,能够将任意入射的LPmn模（m≠0）旋转为与其正交的简并模式。以LP11模为例,对于任意入射模式瓣方向的LP11模,C波段内旋转效率高于97%,模式消光比优于29 dB。这一设计方案可拓展至任意高阶方向角非对称模式,有望用于简并LP模式的复用。综上所述,本论文旨在通过新型光纤与器件的设计制备,探索改进弱耦合空分复用光纤通信系统性能的方法。本文从耦合模理论、光纤设计与表征、器件设计与制备等方面进行了系统研究,所发展的新型光纤及器件有望进一步推动低成本弱耦合空分复用技术的实用化。
二、200 Gbit/s, 10,000 km Single-Channel Transmission by Midway OPC System Using Distributed Raman Amplifiers（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、200 Gbit/s, 10,000 km Single-Channel Transmission by Midway OPC System Using Distributed Raman Amplifiers（论文提纲范文）
（1）骨干全光网技术发展趋势探讨（论文提纲范文）
| 0 引言 |
| 1 单波传输速率演进 |
| 2 频谱扩展技术 |
| 2.1 扩展C波段 |
| 2.2 C+L波段 |
| 3 G.654E新型光纤 |
| 4 全光交换技术 |
| 5 技术发展趋势探讨 |
| 6 结束语 |
（2）基于RSOA的器件特性优化及其应用于WDM-PON中ONU的传输特性（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题背景及意义 |
| 1.2 发展历史和国内外研究现状 |
| 1.3 本课题的研究内容 |
| 第二章 反射型半导体光放大器的建模与模拟 |
| 2.1 反射型半导体光放大器的概述 |
| 2.1.1 反射型半导体光放大器的结构 |
| 2.1.2 反射型半导体光放大器的原理 |
| 2.2 反射型半导体光放大器的功率增益特性 |
| 2.3 反射型半导体光放大器的物理模型 |
| 2.3.1 反射型半导体光放大器的建模 |
| 2.3.2 理论模型的求解方法 |
| 2.4 基于反射型半导体光放大器的仿真结果及分析 |
| 2.4.1 RSOA中载流子密度分布及分析 |
| 2.4.2 RSOA输出谱和噪声指数 |
| 2.4.3 RSOA增益与噪声指数特性 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 适用于10Gbit/s的半导体光放大器调制的多ONU双向传输研究 |
| 3.1 DWDM-PON技术概述 |
| 3.1.1 DWDM-PON原理结构 |
| 3.1.2 DWDM系统的特点 |
| 3.2 SOA在光纤通信系统中的应用 |
| 3.2.1 SOA在光纤通信系统中的线性应用 |
| 3.2.2 SOA在光纤通信系统中的非线性应用 |
| 3.3 单ONU双向传输研究 |
| 3.3.1 单ONU的单向传输研究 |
| 3.3.2 单ONU的双向传输研究 |
| 3.4 多 ONU 双向传输研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 集成半导体器件的啁啾效应分析与10Gbit/s数据传输测试 |
| 4.1 啁啾效应的基础理论 |
| 4.2 直接调制与间接调制 |
| 4.3 分布式反馈激光器的啁啾观测及分析 |
| 4.3.1 DFB激光器的工作原理 |
| 4.3.2 DFB激光器的优点 |
| 4.3.3 DFB激光器的啁啾观测 |
| 4.4 电吸收调制器的啁啾观测及分析 |
| 4.4.1 电吸收调制器的调制原理 |
| 4.4.2 电吸收调制器的啁啾观测 |
| 4.5 铌酸锂马赫-曾德尔调制器的啁啾观测及分析 |
| 4.5.1 铌酸锂马赫-曾德尔调制器的调制原理 |
| 4.5.2 铌酸锂马赫-曾德尔调制器的啁啾观测 |
| 4.6 10Gbit/s数据传输测试 |
| 4.7 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 主要结论 |
| 不足之处及未来展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文 |
（3）光网络物理层安全认证及加密技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 光网络快速发展面临的安全威胁与挑战 |
| 1.2 物理层安全光通信的发展状况 |
| 1.2.1 光网络安全认证技术的研究现状 |
| 1.2.2 光网络密钥分发技术的研究现状 |
| 1.2.3 光网络加密技术的研究现状 |
| 1.3 光纤通信物理层安全问题提出 |
| 1.4 论文的结构安排及章节研究内容 |
| 1.4.1 论文的研究内容 |
| 1.4.2 论文研究的组织结构安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 光网络物理层安全认证与加密建模分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光网络安全认证模型 |
| 2.2.1 窃听模型分类 |
| 2.2.2 安全认证窃听模型理论分析 |
| 2.2.3 物理安全认证过程及性能指标 |
| 2.3 光网络密钥分发技术 |
| 2.3.1 密钥分发信道安全特征量化技术 |
| 2.3.2 密钥分发的特征提取技术 |
| 2.3.3 密钥分发的“三性”分析 |
| 2.4 量子噪声流加密 |
| 2.4.1 噪声流加密协议介绍 |
| 2.4.2 量子噪声流加密分类 |
| 2.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 基于光网络物理层信道特征提取安全认证技术 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于光纤信道BER测量的物理层认证方案 |
| 3.2.1 环回测量的安全认证模型及系统架构 |
| 3.2.2 仿真结果分析与讨论 |
| 3.2.3 实验方案及结果分析 |
| 3.3 基于光纤通信信道特征SNR的安全认证方案 |
| 3.3.1 安全认证方案及仿真平台结构 |
| 3.3.2 信道特征提取技术及安全认证机制 |
| 3.3.3 仿真结果分析与讨论 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 基于光网络信道特征测量的安全密钥分发系统 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于光网络信道BER测量的密钥分发方案 |
| 4.2.1 信道BER特征提取技术 |
| 4.2.2 光纤通信物理层密钥分发模型 |
| 4.2.3 信道特征密钥生成技术 |
| 4.2.4 实验结果分析与讨论 |
| 4.3 基于光网络信道SNR测量的密钥分发方案 |
| 4.3.1 光网络信道密钥生成模型 |
| 4.3.2 密钥协商理论分析 |
| 4.3.3 密钥分发仿真平台 |
| 4.3.4 仿真结果分析与讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 基于光网络密钥分发与加密传输一体化系统 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于光网络密钥分发与加密传输一体化系统原理 |
| 5.2.1 一体化控制系统总体设计原理 |
| 5.2.2 基于高阶QAM调制量子噪声流加密原理 |
| 5.2.3 抵近噪声微元模型 |
| 5.2.4 信道特征密钥生成方法 |
| 5.3 密钥分发与加密安全传输一体化系统方案设计 |
| 5.3.1 一体化实验方案介绍 |
| 5.3.2 一体化实验硬件平台 |
| 5.4 实验结果分析与讨论 |
| 5.4.1 光网络加密传输性能实验验证 |
| 5.4.2 协商与加密一体化性能实验验证 |
| 5.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 论文总结与展望 |
| 6.1 论文工作总结 |
| 6.2 未来工作展望 |
| 附录缩略词对照表 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间学术成果 |
（4）光纤时频同步系统的中继放大研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 用于光纤时频同步的中继系统研究现状 |
| 1.2.1 用于光纤时频同步的掺铒光纤放大器研究现状 |
| 1.2.2 用于光纤时频同步的光纤拉曼放大器研究现状 |
| 1.2.3 用于光纤时频同步系统的光纤布里渊放大器研究现状 |
| 1.2.4 用于光纤时频同步的光注入锁定放大器研究现状 |
| 1.3 论文的研究内容及创新点 |
| 1.4 论文各章的结构和关联关系 |
| 参考文献 |
| 第二章 光放大器原理及功率耦合方程组求解方法 |
| 2.1 基于受激辐射效应的光放大器原理 |
| 2.1.1 掺铒光纤放大器原理 |
| 2.1.2 掺铒光纤放大器主要性能参数 |
| 2.1.3 级联掺铒光纤放大器噪声累积方式 |
| 2.2 基于受激散射效应的光放大器原理 |
| 2.2.1 光纤散射效应分类 |
| 2.2.2 光纤拉曼放大器原理 |
| 2.2.3 光纤布里渊放大器原理 |
| 2.3 光放大器功率耦合方程组求解方法 |
| 2.3.1 解析解方法 |
| 2.3.2 数值解方法 |
| 2.3.3 边界问题求解方法 |
| 2.4 本章总结 |
| 参考文献 |
| 第三章 用于光纤时频同步的掺铒光纤放大器研究 |
| 3.1 基于高隔离度BI-EDFA的光纤时频同步系统稳定度研究 |
| 3.1.1 基于高隔离度Bi-EDFA的光纤时频同步系统噪声研究 |
| 3.1.2 放大器非对称性对光纤时频同步系统稳定度的影响 |
| 3.1.3 光纤时频同步系统噪声研究实验验证 |
| 3.2 掺铒光纤放大器性能研究 |
| 3.2.1 掺铒光纤放大器数值求解 |
| 3.2.2 掺铒光纤放大器增益和噪声指数测试 |
| 3.3 低噪声高增益掺铒光纤放大器设计 |
| 3.3.1 不同结构掺铒光纤放大器性能测试 |
| 3.3.2 用于光纤时频同步的低噪声双向中继系统 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 用于光纤时频同步的FRA/EDFA混合放大器研究 |
| 4.1 光纤拉曼放大器性能研究 |
| 4.1.1 光纤拉曼放大器理论模型研究 |
| 4.1.2 光纤拉曼放大器增益特性研究 |
| 4.2 FRA/EDFA混合双向放大器设计 |
| 4.2.1 FRA/EDFA混合双向放大器结构设计和理论模型研究 |
| 4.2.2 FRA/EDFA混合双向放大器性能测试 |
| 4.3 FRA/EDFA混合双向放大器对时频同步系统的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 用于光纤时频同步的光纤布里渊放大器研究 |
| 5.1 光纤布里渊放大器功率耦合方程组求解 |
| 5.1.1 带有偏振因子的光纤布里渊放大器解析解 |
| 5.1.2 光纤布里渊放大器解析解有效性验证 |
| 5.2 光纤布里渊放大器信号光增益和ABS噪声的偏振依赖性研究 |
| 5.2.1 光纤布里渊放大器信号光增益和ABS噪声的偏振依赖性理论模型 |
| 5.2.2 光纤布里渊放大器信号光增益和ABS噪声的偏振依赖性仿真研究 |
| 5.2.3 光纤布里渊放大器信号光增益和ABS噪声的偏振依赖性实验研究 |
| 5.3 基于正交双泵浦的光纤布里渊放大器 |
| 5.3.1 光纤随机双折射效应对光纤布里渊放大器的影响 |
| 5.3.2 基于正交双泵浦的光纤布里渊放大器理论模型 |
| 5.3.3 基于正交双泵浦的光纤布里渊放大器实验研究 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文工作总结 |
| 6.2 未来工作展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间学术成果列表 |
（5）分布式光纤传感器关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 分布式光纤传感器分类 |
| 1.2.1 基于瑞利散射的光时域反射计 |
| 1.2.2 基于拉曼散射的光时域反射计 |
| 1.2.3 基于自发布里渊散射的光时域反射计 |
| 1.2.4 基于受激布里渊散射的光时域分析仪 |
| 1.3 BOTDA的性能评估与优化 |
| 1.3.1 BOTDA系统的性能指标 |
| 1.3.2 BOTDA系统的信噪比 |
| 1.4 国内外研究现状 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 第二章 理论基础 |
| 2.1 受激布里渊散射 |
| 2.1.1 电致伸缩效应 |
| 2.1.2 瞬态三波耦合方程 |
| 2.1.3 稳态三波耦合方程 |
| 2.1.4 BFS与温度和应变的依赖关系 |
| 2.2 BOTDA系统性能受限的物理机制 |
| 2.2.1 BOTDA系统的探测光限制 |
| 2.2.2 BOTDA系统的脉冲限制 |
| 2.2.3 BOTDA系统的信号处理 |
| 2.3 光脉冲编码技术 |
| 2.3.1 Golay编码方案 |
| 2.3.2 Simplex编码方案 |
| 2.3.3 Cyclic编码方案原理 |
| 第三章 BOTDA系统热点BGS拟合技术研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 BGS数学模型 |
| 3.3 双峰BGS数学模型 |
| 3.4 双峰BGS拟合算法 |
| 3.4.1 双峰BGS拟合算法的实现 |
| 3.4.2 实验验证与讨论 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于解卷积的光脉冲编解码技术研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于解卷积的编码解码原理 |
| 4.3 编码增益理论极限 |
| 4.4 分布式遗传算法DGA |
| 4.5 实验验证与讨论 |
| 4.5.1 实验验证 |
| 4.5.2 编码方案噪声 |
| 4.6 各编码方案性能比较 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 基于一阶拉曼放大的超长距离BOTDA系统 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 DRA-BOTDA系统的优化 |
| 5.2.1 平衡探测消除RIN噪声 |
| 5.2.2 输入光功率的优化方法 |
| 5.3 一阶DRA-BOTDA系统的脉冲畸变 |
| 5.3.1 脉冲畸变及解决方案 |
| 5.3.2 实验验证 |
| 5.4 超长距离DRA-BOTDA系统 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文工作总结 |
| 6.2 论文工作展望 |
| 参考文献 |
| 缩略词汇 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表学术论文及专利目录 |
（6）模分复用光纤的理论设计及应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1.绪论 |
| 1.1 模分复用光纤的研究背景 |
| 1.2 模分复用光纤及其通信的研究进展 |
| 1.3 尚待发展的关键技术问题 |
| 1.4 本论文的研究内容 |
| 1.5 课题来源和受资助情况 |
| 2.模分复用光纤通信的基础理论和关键技术 |
| 2.1 光纤模式的基础理论 |
| 2.2 光纤模式产生与检测关键技术 |
| 2.3 本章小结 |
| 3.传统光纤中轨道角动量模式特性研究 |
| 3.1 传统多模光纤中轨道角动量模式 |
| 3.2 标准单模光纤中可见光轨道角动量模式 |
| 3.3 本章小结 |
| 4.环形结构轨道角动量模分复用光纤研究 |
| 4.1 空气芯强导环形光纤的理论和设计 |
| 4.2 弱导环形光纤的理论和设计 |
| 4.3 弱导环形光纤模分复用通信系统的复杂度分析 |
| 4.4 低损耗弱导环形光纤的设计和制备 |
| 4.5 本章小结 |
| 5.本征模完全分离的退简并多模光纤研究 |
| 5.1 熊猫型椭圆纤芯退简并多模光纤的理论和设计 |
| 5.2 领结型椭圆环芯退简并多模光纤的理论和设计 |
| 5.3 实芯光子晶体型退简并多模光纤的理论和设计 |
| 5.4 本章小结 |
| 6.轨道角动量模分复用掺铒增益光纤研究 |
| 6.1 轨道角动量模分复用掺铒增益光纤的理论和设计 |
| 6.2 掺铒增益光纤性能测试 |
| 6.3 本章小结 |
| 7.轨道角动量模分复用光纤通信系统实验研究 |
| 7.1 全双工轨道角动量模分复用光纤通信系统实验 |
| 7.2 基于单模光纤和模分复用环形光纤的异构光纤通信系统实验 |
| 7.3 本章小结 |
| 8.总结与展望 |
| 8.1 论文主要工作 |
| 8.2 论文主要创新点 |
| 8.3 工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读博士学位期间发表论文目录 |
| 附录2 攻读博士学位期间授权国家发明专利 |
| 附录3 中英文缩写对照表 |
（7）基于光延迟的微波信号处理技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 部分缩写中英文对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 微波光子学研究背景及意义 |
| 1.2 光数模转换技术的发展及研究现状概况 |
| 1.2.1 并行光DAC结构 |
| 1.2.2 串行光DAC结构 |
| 1.3 光模数转换技术的发展及研究现状概况 |
| 1.3.1 光学辅助ADC |
| 1.3.2 电采样光量化ADC |
| 1.3.3 光采样电量化ADC |
| 1.3.4 全光数模转换结构 |
| 1.4 论文主要研究内容 |
| 1.5 本论文的结构安排 |
| 第二章 微波光子信号处理技术基础 |
| 2.1 关键光电子器件工作特性 |
| 2.1.1 电光调制器工作特性 |
| 2.1.2 光电探测器工作特性 |
| 2.1.3 光源工作特性 |
| 2.2 光延迟技术 |
| 2.2.1 光延迟技术简介 |
| 2.2.2 光纤延迟线种类 |
| 2.2.3 光纤延迟测量 |
| 2.2.4 基于光纤色散的延迟控制 |
| 2.3 DAC和ADC技术 |
| 2.3.1 数模转换器工作原理 |
| 2.3.2 模数转换器工作原理 |
| 2.3.3 转换器参数指标 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于光延迟的全光数模转换系统 |
| 3.1 基于多波长延迟加权的全光串行数模转换系统方案 |
| 3.2 全光串行数模转换系统性能分析 |
| 3.2.1 转换速率分析 |
| 3.2.2 转换精度分析 |
| 3.2.3 延迟误差分析 |
| 3.3 基于多波长光延迟的全光串行数模转换系统实验方案 |
| 3.4 全光串行数模转换系统实验系统搭建 |
| 3.4.1 光源部分搭建 |
| 3.4.2 光延迟部分搭建 |
| 3.5 全光串行数模转换系统实验结果及分析 |
| 3.5.1 全光串行数模转换实验系统 |
| 3.5.2 全光串行数模转换系统实验结果 |
| 3.5.3 全光串行数模转换系统实验结果分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 基于光延迟的光电混合数模转换系统 |
| 4.1 基于多通道光延迟插值的光电混合数模转换系统方案 |
| 4.2 光电混合数模转换系统性能分析 |
| 4.2.1 转换速率分析 |
| 4.2.2 转换精度分析 |
| 4.3 基于光延迟插值的光电混合数模转换系统实验方案 |
| 4.4 光电混合数模转换系统实验搭建 |
| 4.4.1 电子部分搭建 |
| 4.4.2 光路部分搭建 |
| 4.5 光电混合数模转换系统实验结果及分析 |
| 4.5.1 光电混合数模转换系统实验 |
| 4.5.2 光电混合数模转换系统实验结果 |
| 4.5.3 光电混合数模转换系统实验结果分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 基于光延迟的模数转换系统 |
| 5.1 基于光延迟的模数转换系统方案 |
| 5.1.1 系统工作原理 |
| 5.1.2 光源选择与脉冲展宽分析 |
| 5.2 多通道一致性分析 |
| 5.2.1 幅度一致性分析 |
| 5.2.2 时域一致性分析 |
| 5.2.3 通道偏置一致性分析 |
| 5.2.4 多通道一致性预校正分析 |
| 5.3 调制非线性分析 |
| 5.3.1 调制深度非线性分析 |
| 5.3.2 调制器工作点偏移分析 |
| 5.3.3 调制器非线性后处理 |
| 5.4 基于光延迟的光电混合模数转换系统实验方案 |
| 5.5 光电混合模数转换系统实验系统搭建 |
| 5.5.1 电子部分配置 |
| 5.5.2 光路配置 |
| 5.6 光电混合模数转换系统实验结果及分析 |
| 5.6.1 光电混合模数转换实验系统 |
| 5.6.2 光电混合模数转换系统实验结果及分析 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
（8）高速光纤通信系统中概率整形关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 概率整形信号产生方案研究现状 |
| 1.2.2 概率整形与纠错编码联合调制方案研究现状 |
| 1.2.3 基于概率整形光纤通信系统的数字反向传播算法研究现状 |
| 1.3 论文的主要研究工作 |
| 1.4 论文组织结构 |
| 第二章 概率整形QAM调制方案研究 |
| 2.1 概率整形的实现方案 |
| 2.2 概率整形信号产生方案 |
| 2.2.1 概率幅度整形的基本原理 |
| 2.2.2 概率幅度整形16QAM光信号产生方案 |
| 2.2.3 PS-12QAM研究意义 |
| 2.2.4 基于哈夫曼编码器的PS-12QAM信号产生方案 |
| 2.3 集分区双偏振态概率整形12QAM光信号产生方案 |
| 2.3.1 集分区双偏振态概率整形12QAM实现方案 |
| 2.3.2 性能仿真 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 概率整形与新型纠错编码联合调制方案研究 |
| 3.1 基于B-LDPC码的PAS联合调制系统 |
| 3.2 基于NB-LDPC码的PAS联合调制系统 |
| 3.2.1 NB-LDPC码基本原理 |
| 3.2.2 基于NB-LDPC码的PAS联合调制系统 |
| 3.2.3 性能仿真 |
| 3.3 采用BMD的NB-LDPC与PAS联合调制系统 |
| 3.3.1 采用BMD的NB-LDPC与PAS联合调制方案 |
| 3.3.2 基于NB-LDPC的BMD译码原理 |
| 3.3.3 性能仿真 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于概率整形光纤通信系统数字反向传播算法 |
| 4.1 光纤通信系统的非线性损伤及补偿方法 |
| 4.1.1 高速光纤通信系统的非线性损伤 |
| 4.1.2 高速光纤通信系统的非线性补偿方法 |
| 4.2 高速光纤通信系统中DBP的实现方案 |
| 4.2.1 基于分步傅里叶变换(SSFM)的DBP算法 |
| 4.2.2 SSFM-DBP算法的步长选择 |
| 4.2.3 基于Volterra级数非线性均衡器的DBP算法 |
| 4.2.4 基于功率加权平均值(PWA) SSFM的DBP算法 |
| 4.3 基于SSFM的时域加权自适应变步长DBP (TWA-DBP)算法 |
| 4.3.1 TWA-SSFM-DBP算法基本原理 |
| 4.3.2 性能仿真 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
（9）基于FPGA的Φ-OTDR传感系统加速计算研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景研究及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 光纤传感技术研究的现状 |
| 1.2.2 Φ-OTDR系统的发展现状 |
| 1.2.3 FPGA在信号处理领域应用的现状 |
| 1.3 课题来源和研究内容 |
| 1.3.1 课题来源 |
| 1.3.2 研究内容及重难点分析 |
| 第2章 相位敏感光时域反射计理论分析 |
| 2.1 瑞利散射与光时域反射计 |
| 2.1.1 光纤中的瑞利散射 |
| 2.1.2 光时域反射计(OTDR) |
| 2.1.3 Φ-OTDR振动检测的原理 |
| 2.2 Φ-OTDR振动检测信号处理算法 |
| 2.3 Φ-OTDR信号处理系统设计 |
| 2.3.1 Φ-OTDR信号处理流程 |
| 2.3.2 主要技术指标 |
| 2.4 基于FPGA的信号处理平台 |
| 2.4.1 FPGA通用逻辑结构 |
| 2.4.2 FPGA专用资源 |
| 2.4.2.1 片上DSP单元 |
| 2.4.2.2 片上内存控制器PHY |
| 2.4.2.3 片上高速收发器 |
| 2.5 数字信号处理平台方案设计 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 基于FPGA的信号处理平台硬件设计 |
| 3.1 硬件平台选型 |
| 3.1.1 FPGA选型 |
| 3.1.2 ADC选型 |
| 3.2 硬件详细设计 |
| 3.2.1 双通道ADC子板 |
| 3.2.1.1 模拟信号调理 |
| 3.2.1.2 时钟信号发生 |
| 3.2.1.3 电源电路 |
| 3.2.1.4 触发电路 |
| 3.2.2 FPGA主板硬件设计 |
| 3.2.2.1 供电电路 |
| 3.2.2.2 DDR3电路 |
| 3.2.2.3 PCIe电路 |
| 3.2.2.4 调试配置电路 |
| 3.3 信号完整性设计 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 FPGA加速计算系统的实现 |
| 4.1 FPGA开发流程 |
| 4.2 FPGA片上资源的应用 |
| 4.2.1 AXI协议 |
| 4.2.2 DDR3内存 |
| 4.2.3 PCIe总线 |
| 4.2.4 FFTIP |
| 4.3 FPGA系统程序设计 |
| 4.3.1 第一级流水线 |
| 4.3.2 片上缓存架构 |
| 4.3.3 第二级流水线 |
| 4.3.4 滤波计算 |
| 4.3.5 第三、四级流水线 |
| 4.3.6 PCIe DMA传输 |
| 4.4 上位机程序开发 |
| 4.4.1 PCIe驱动开发 |
| 4.4.2 MATLAB程序开发 |
| 4.5 加速计算技术 |
| 4.5.1 异构计算技术 |
| 4.5.2 时钟域分割技术 |
| 4.5.3 流水线技术 |
| 4.5.4 并行计算技术 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 测试结果与分析 |
| 5.1 FPGA加速计算系统运行环境 |
| 5.2 FPGA加速计算系统振动探测结果 |
| 5.3 FPGA加速计算系统分析 |
| 5.3.1 FPGA运行信号抓取 |
| 5.3.1.1 ADC行数据产生 |
| 5.3.1.2 AXI4-MM总线 |
| 5.3.1.3 FFT时序 |
| 5.3.1.4 Native-AXI本地接口 |
| 5.3.2 FPGA资源占用分析 |
| 5.3.3 FFT精度分析 |
| 5.3.4 FFT速度分析 |
| 5.3.5 实时性测试 |
| 5.3.6 滑动窗数据帧效果演示 |
| 5.3.7 滤波器测试 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
（10）面向大容量光纤通信的弱耦合空分复用光纤及关键器件（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 光纤通信技术的发展趋势 |
| 1.1.1 通信光纤的演变 |
| 1.1.2 提升光纤传输容量的关键技术 |
| 1.2 单模光纤传输容量的限制因素 |
| 1.2.1 非线性效应 |
| 1.2.2 光致连续损伤 |
| 1.3 空分复用光纤通信技术 |
| 1.3.1 多纤光缆 |
| 1.3.2 少模/多模光纤 |
| 1.3.3 多芯光纤 |
| 1.4 本论文研究内容与结构安排 |
| 第二章 光纤模式理论 |
| 2.1 阶跃折射率光纤中的模式 |
| 2.1.1 矢量模 |
| 2.1.2 线偏振模 |
| 2.2 耦合模理论 |
| 2.2.1 基于微扰理论的耦合模方程 |
| 2.2.2 定向耦合器基础特性 |
| 2.2.3 少模光纤中的模式耦合 |
| 2.2.4 多芯光纤串扰计算 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 环辅助型弱耦合少模光纤设计与表征 |
| 3.1 环辅助型四模光纤设计 |
| 3.1.1 设计原理 |
| 3.1.2 光纤参数优化 |
| 3.2 四模光纤性能表征 |
| 3.2.1 光纤衰减表征 |
| 3.2.2 基于S2测试的模式重建与群延时测量 |
| 3.2.3 基于扫描波长干涉仪的分布式模式耦合测量 |
| 3.2.4 光致连续损伤阈值功率测量 |
| 3.3 环辅助型七模光纤设计 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 低串扰宽带多芯光纤设计 |
| 4.1 修正的多芯光纤串扰计算方法 |
| 4.2 125微米包层宽带单模多芯光纤设计 |
| 4.2.1 纤芯排布方式比较 |
| 4.2.2 宽带长距传输六芯光纤设计优化 |
| 4.2.3 宽带短距传输八芯光纤设计优化 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 弱耦合模分复用关键器件设计与制备 |
| 5.1 熔融拉锥选模耦合器设计与制备 |
| 5.1.1 相位匹配与绝热条件 |
| 5.1.2 宽带低插损LP01与LP11模模式耦合器制备与表征 |
| 5.1.3 LP21模式耦合器制备与损耗分析 |
| 5.2 基于拉锥模式耦合器的MIMO-LESS模分复用传输 |
| 5.3 方向角不敏感模式旋转器设计 |
| 5.3.1 模式旋转器介绍 |
| 5.3.2 设计原理 |
| 5.3.3 器件设计与性能评估 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.2 研究展望 |
| 附录 光致连续损伤效应传播速度研究 |
| S.1 超高时间分辨率速度测试方案 |
| S.2 光致连续损伤瞬态速度响应 |
| S.2.1 单模光纤中的速度周期性振荡 |
| S.2.2 少模光纤中的速度周期性振荡 |
| S.2.3 单模光纤中不同阶段的瞬态速度响应 |
| S.3 基于光频域反射仪的实时监测与定位 |
| S.4 小结 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间已发表的论文及专利 |
| 攻读博士学位期间参与的科研项目 |
| 致谢 |
四、200 Gbit/s, 10,000 km Single-Channel Transmission by Midway OPC System Using Distributed Raman Amplifiers（论文参考文献）
- [1]骨干全光网技术发展趋势探讨[J]. 吕凯,唐建军,张安旭,李俊杰. 信息通信技术与政策, 2021(12)
- [2]基于RSOA的器件特性优化及其应用于WDM-PON中ONU的传输特性[D]. 邓灿冉. 江南大学, 2021(01)
- [3]光网络物理层安全认证及加密技术研究[D]. 王祥青. 北京邮电大学, 2021(01)
- [4]光纤时频同步系统的中继放大研究[D]. 穆宽林. 北京邮电大学, 2021(01)
- [5]分布式光纤传感器关键技术研究[D]. 孙茜子. 北京邮电大学, 2021(01)
- [6]模分复用光纤的理论设计及应用研究[D]. 陈诗. 华中科技大学, 2020
- [7]基于光延迟的微波信号处理技术研究[D]. 张天航. 电子科技大学, 2020(07)
- [8]高速光纤通信系统中概率整形关键技术研究[D]. 刘欣. 北京邮电大学, 2020(05)
- [9]基于FPGA的Φ-OTDR传感系统加速计算研究[D]. 俞钊. 杭州电子科技大学, 2020(02)
- [10]面向大容量光纤通信的弱耦合空分复用光纤及关键器件[D]. 姜寿林. 上海交通大学, 2019(06)