为减少目前微波光子领域到达角(AOA)测量易受相位、噪声等影响,实现二维平面内大范围的AOA测量,提出并实验验证了一种基于微波光子去斜接收的二维AOA估计方案.该方案接收端利用L型天线阵加入固定延迟时间的方法,可以估计一维AOA,利用该一维AOA可求解出二维AOA(俯仰角和方位角).实验结果表明:在天线间隔为5 m,输入线性调频连续信号的信噪比为10 dB或-7.8 dB的情况下,所提方案的一维AOA的估计结果具有大范围的特点,且在-79°～74°内估计误差均小于2°,同时,计算得到的俯仰角和方位角在较大范围内都具有较高的精度.
针对局域分布式时间同步的需求,提出了一种基于光纤和可见光结合的短距分布式时间同步方案.融合了光纤时间同步高精度与可见光时间同步高灵活性的优势,设计了相应的时间同步端机,并进行了分布式实验.实验结果表明:当光纤链路长度为3km时,光纤时间同步从端与光纤时间同步主端的 3 钟差优于 448 ps,时间同步秒稳优于 150 ps,万秒稳优于 4 ps;当光纤链路长度为 1 km、可见光链路长度为 5 m时,可见光时间同步从端与光纤时间同步主端的 3σ钟差优于 1.8 ns,时间同步秒稳优于 400 ps,万秒稳优于15 ps.
为了进一步优化基于飞秒激光诱导的液态太赫兹辐射源,设计一种飞秒激光诱导液线辐射太赫兹波的实验系统,结合量子化学计算和飞秒激光诱导液线辐射太赫兹波实验,研究了激发介质的微观特性和宏观特性与太赫兹电场的关系.实验与计算结果表明:太赫兹电场与禁带宽度、偶极矩均呈负相关;太赫兹电场随溶液浓度变化的非线性趋势与介质的密度、雷诺数有关,太赫兹波电场的最佳体积分数为 40%.
研发大功率、高能量、高效率且能在室温下稳定运行的太赫兹辐射源是太赫兹技术领域迫切需要解决的实际问题.基于瞬态光电流模型,采用数值仿真方法研究了三色激光脉冲诱导液体介质产生太赫兹波的物理过程,分析了相位差、强度比、波长以及脉宽对太赫兹辐射的影响.仿真结果表明:二次谐波和三次谐波相对于基波的相位差、强度比、波长、脉宽等都对太赫兹电场有明显的影响.同时,只有电离率随着激光电场振荡变化的隧穿电离机制才能产生瞬态光电流,从而得到太赫兹辐射.
为了探究一种快速、准确的含钩吻蜂蜜的检测方法,通过中红外(MIR)光谱仪采集了来自不同地区的216 个无毒、含钩吻有毒的蜂蜜样品的MIR光谱图像,选取光谱图像的 800～1 800 cm-1 波段作为主要研究波段,应用主成分分析法并结合偏最小二乘回归(PLS-DA)算法建立有无钩吻鉴别模型,比较不同数据预处理方法的预测结果.仿真结果表明:经一阶导数预处理后建立的蜂蜜有无钩吻鉴别模型的鉴别效果最佳,鉴别准确率达到90.74%.
为了降低室内电力线通信和可见光通信(PLC-VLC)系统的复杂度并提高系统的稳定性,提出一种改进的基于正交频分复用(OFDM)的PLC-VLC混合网络系统,通过改进双PLC调制器和发光二极管(LED)结构,降低传统混合网络系统的复杂度.搭建了PLC-VLC混合系统的仿真平台,对系统中信号的频谱图、眼图和误码率性能进行仿真分析.仿真结果表明,所提改进的基于OFDM的PLC-VLC混合网络系统中电信号与光信号转换基本不失真,信号传输准确率较高,系统性能良好.
为了解决传统T型偏置器(Bias-T)在硅基高速调制器测试过程中,因直流(DC)源导通/截止或者链路产生热插拔时容易导致高速信号源出现不可逆的损坏问题,首先分析了问题产生的原因和常规解决方法的优缺点,然后设计了一种用于硅基高速调制器测试的有源Bias-T电路.该电路在传统Bias-T基础上利用微波放大器芯片中晶体管的特性来隔离直流源在馈电导通/截止或者热插拔时产生的冲击电压.最后,对有源Bias-T电路进行了仿真设计和测试.测试结果表明:该电路带宽大于25 GHz,脉冲电压为±0.055 V左右,消除了信号源设备损坏的风险.
为了及时准确地识别和处理光路故障,实现透明和实时的网络智能化管理,针对光信道状态性能监测提出一种基于交叉递归图理论的光信道性能分析方法.首先,该方法利用交叉递归图可视化邻近信道的状态参数分析影响信道的动力学特性;然后,通过定量分析方法来量化 2 个序列系统的同步特性.仿真结果表明,光信道性能与邻近信道状态参数具有相似的动力学形态,证实了其潜在的关联特性.
为了在高动态、低信噪比的条件下实现对低轨物联网信号的快速捕获,提出了一种用于快速捕获低轨物联网信号的部分匹配滤波-快速傅里叶变换(PMF-FFT)改进算法.首先,利用星历信息预估多普勒频偏,缩小频域搜索范围;然后,通过补零、加窗方法克服PMF-FFT算法的扇贝损失;最后,采用频域差分非相干累积提高低信噪比下的输出增益.仿真分析表明,所提改进算法在信噪比为-25～-15 dB时能提高低轨物联网信号的检测概率,搜索范围由15～35 kHz缩小为24.8～25.2 kHz.
为了进一步探索高阶和分数阶涡旋光的高效产生方法,利用相关计算程序模拟了涡旋光相位全息图,搭建了相位全息法产生涡旋光的光路,研究了整数和分数阶涡旋光的光场分布特点.实验结果表明:当产生轨道角动量拓扑荷数 1=1～200 整数阶的涡旋光时,涡旋光束图的中心暗斑在一定范围内会随拓扑荷数的增大而增大,超过一定数值范围后,受限于仪器参数的涡旋光质量会降低;当产生 1=8.1、8.4、8.8 分数阶的涡旋光时,涡旋光相位出现分数分布,径向缺口随分数阶拓扑荷数增大而逐渐向整数阶演化.
为满足当下电力通信运维需求,提出一种基于光功率的智能化光纤在线动态监测系统.在系统主站端架设有监测中心与前置机模块,链路经自动保护单元光功率监测器(OLP)使各子站端点连接站点的成套终端,再使用光功率监测器(OPU)经IP网络捕获在线光功率值与预设阈值进行比对,实现系统智能在线动态监测.实践结果表明:该系统在 40 ms内能完成故障链路的快速保护倒换,并准确定位.
为了准确测量米级长度线型狭缝波导的准横电波(TE)和准横磁波(TM)的色散,设计了一种马赫-曾德尔干涉仪(MZI)的色散测量光路.介绍了相位拟合法和平衡波长法的测量原理,并结合测量光路进行测量.测量结果表明:滤除偏振模式间的串扰噪声,可进一步提高色散测量的准确度;通过调整波导的狭缝尺寸,可对其色散进行有效调控,当狭缝厚度为0.1μm时,波导在1 440～1 640 nm波长范围内具有接近零且平坦的色散.
针对光纤包层管正曲率部分现有研究较少的情况,提出一种基于包层管正曲率调控的新型太赫兹反谐振光纤.首先,对比研究了圆形包层管与半圆半椭圆形包层管的太赫兹反谐振光纤的结构,分析了正曲率对光纤限制损耗的影响及主要机理;然后,对太赫兹反谐振光纤的结构进行优化,即在光纤间隙处采用了 2 层包层管结构;最后,对3 种结构的光纤的限制损耗性能进行仿真计算,并对新型太赫兹反谐振光纤的单模特性进行分析.仿真结果表明:与其它结构的光纤相比,新型太赫兹反谐振光纤的限制损耗为10-5 dB/m数量级,且在 2.5～3.1 THz波段保持良好的单模特性.
针对传统微波光子产品通道数多、体积和功耗大、集成度低的问题,设计了一种基于微波光子混合集成封装技术的超紧凑封装光/电转换阵列模块,通过将光子器件、微波芯片、可调衰减芯片、电路系统封装入一个壳体内,可以在超紧凑空间内实现光/电转换、信号放大、衰减可调和均衡等多项功能.测试结果表明:该模块在2～18 GHz频段光电响应度较高,大于 0.8 A/W;6 个通道的S21 的平均值为-3.5 dB,每个通道的平坦度在±1.5 dB以内,通道隔离度大于 55 dB,且驻波反射小于 1.7.
为了进一步提高系统的能量利用率,设计了一种基于智能充电控制的光纤供能系统.系统采用充电控制装置对后级负载稳定供能并灵活调控储能模块的充电方式,实现对远端富余的能量快速存储和合理利用,并基于反馈信号实现对系统工作状态的实时调控.实验结果表明:所提系统在不同场景下能够根据远端的负载及器件的工作状态自动调整本地激光源的输出功率,从而保证供能系统的安全工作;当光供能不足时,所储存的能量可作为备用能源对传感器件或应用设备进行紧急供能.
针对基于傅里叶变换光正交频分复用(FFT-OFDM)的非正交多址可见光通信(NOMA-VLC)系统存在可靠性低、用户公平性差等问题,提出将提升小波变换(LWT)作为载波调制方式,建立基于LWT-OFDM的NOMA-VLC系统,介绍了系统中的信号处理过程,构建了5 m×5 m×3 m的室内空间实验环境.实验结果表明:与基于FFT-OFDM的NOMA-VLC系统相比,随着正交幅度调制方式的阶次由4增大到64,所提系统的平均误码率达到阀值3.8×10-3 时,所需的信噪比(SNR)值较低,至少低4.4 dB;用户性能差异变化不明显甚至不变.
针对传统的滑环存在通信宽带不足、接触磨损寿命低的问题,设计了一种基于空间激光通信的离轴盘式无线光滑环,并完成了样机研制.该光滑环采用光学追迹仿真技术,将 4 个红外发射器均匀等间距地布置在光滑环的 4 个角,使接收端旋转时能连续稳定地接收到光功率.光学仿真和性能测试结果表明:在传输距离为20～200 mm时,离轴盘式无线光滑环的接收功率为-28.3～-29.2 dBm,满足探测器灵敏度(约-30 dBm)的要求;在 0～500 r/min旋转环境下,其误码率会随着传输距离的增加而增大,但整体误码率均小于 10-6.
为了解决传统连续时间线性均衡器(CTLE)均衡能力较差的问题,提出了一种基于 40 nm 互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺的25 Gb/s新型CTLE电路,该电路采用并联电感峰化、负电容零点补偿和输出缓冲技术.介绍了并联电感峰化及无源器件对CTLE频率特性的影响,最后对新型CTLE电路进行了仿真.仿真结果表明:在数据传输速率为 25 Gb/s时,该CTLE电路均衡后的-3 dB带宽从 8.5 GHz拓展到 21.3 GHz;输出信号眼图的差分电压峰峰值为 410 mV,功耗为8.62 mW;整体电路版图面积为 667μm×717μm,具备功耗低和面积小的特点.
光纤内窥镜被广泛应用于复杂结构狭小空间里的破坏损伤探测,但因其固有特性及外界噪声影响致使采集到的图像呈现蜂窝网格状,且存在 30%左右的桶形畸变.针对此问题,提出了一种基于光纤内窥镜图像标定方法,首先设计了可自由移动的标定系统,然后采用高斯滤波、二值化处理、mark点识别、畸变矫正等方法对标定板图像中的光纤束进行处理,最后使用该标定方法对光纤内窥镜拍摄的不同类型的标定板图像进行标定矫正.试验结果表明,所提标定方法适合多种场景和不同质量图像的矫正识别,测量误差仅为 10 μm.
为了提高可见光通信(VLC)/WiFi异构网络中的资源利用率,提出了一种动态比例公平(PF)算法.该算法通过引入补偿因子 来优化用户的优先级.首先,理论推导了VLC/WiFi异构网络的吞吐量、资源利用率和公平性指数等关键性能指标;然后,使用Matlab软件进行仿真,构建了一个VLC/WiFi异构网络系统;最后,将动态PF算法、PF算法以及最大载干比(Max C/I)算法在吞吐量、资源利用率、公平性以及访问延迟概率等方面的性能进行了对比.仿真结果表明:动态PF算法的吞吐量高于PF算法,并且远高于Max C/I算法;这 3 种算法的资源利用率均较高,均不低于 0.96;动态PF算法的公平性指数约为0.97,优于其它2 种算法,并且访问延迟概率较低.
