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道角动量复用通信系统摘要:涡旋光与传统光通信相比,涡旋结构携带轨道角动量(orbitalangularmomentum,OAM)具有新的自由度,使得OAM复用技术在提高系统的通信容量和频谱利用率方面具有独特的优势,通过对OAM光束复用特性的研究,可以更加直观地了解OAM复用光束。一、OAM复用通信的背景与意义无线光通信,即自由空间光(free-space optical, FSO)通信是一种以激光为载体,可进行数据、语音以及图像等信息传递的技术。由于大气对光信号的吸收和散射,而对空间中传输的光束产生衰减,大气湍流效应引起激光光斑漂移、闪烁以及扩展,造成较大的误码率甚至通信中断。传统的通信方式并 ...
点。这和无线通信系统中的频率多路复用类似,FIRE图像的一行内的每个像素点都被分配了自己的射频。单元光电探测器同时检测多个像素的荧光,并从探测器输出的频率分量中重新构建图像(运用数字域的并行锁相放大来分辨)。样品中每个点能以不同的射频来激发荧光的秘诀在于其中的马赫-曾德尔干涉仪(MZI),并使用声光器件来执行拍频激发多路复用。如上图a所示,MZI一路的光通过声光偏转器(AODF)产生频移(带宽为100MHz),由射频频率梳驱动,相位经过设计以zui小化峰值-平均功率比。AODF产生多个偏转光(+1级衍射光),包含一系列的偏转角度和频率偏移。MZI干涉仪第二路光通过声光移频器(AOFS),该移频 ...
LED应用在通信系统、远程控制和光耦合器中。在可见光范围内的白光LED和彩色LED一般主要应用于普通照明、指示、交通信号灯和标识牌。紫外LED(λ<400nm)被用作白光LED的泵浦源,以及生物技术和牙科。2激光器激光器是一种能够产生高准直、高能量的单色和相干辐射光束的设备。区分激光器与一般光源的是激光器du一wu二的光特性:相干性、单色性、定向性、偏振高强度。目前zui普遍的激光器能够发射193nm(深紫外光)到10.6nm(远红外)波长范围内的连续波或者脉冲激光。(1)激光产生的基本原理光放大的第1个条件是存在一个增益介质(也叫活性介质)能够维持一个优势的粒子数反转来产生受激辐射。为 ...
速发展,对于通信系统的传输容量提出了更大的需求。光纤是大容量高速率光纤通信技术发展的关键传输载体,具有低成本、纯度高、损耗小、可靠性高等优点,是支撑国家信息基础通信设施更新换代的关键。传统阶跃折射率型单模光纤在其中心具有较高的折射率,包层材料具有较低的折射率,以便通过全内反射的机理传输光波电磁场,其导模的有效折射率介于芯层中心折射率和包层折射率之间。科学家们不断地对光纤进行探索,经过不懈努力发现了光纤中新的导光机理,新型的空芯光纤不再局限于传统的内反射原理,其光纤的纤芯折射率可以低于包层折射率,低折射率纤芯的光纤也可以传输光波电磁场科学家们发明并提出多种新型特种光纤,如微结构光纤,多空光纤,反 ...
应用简介激光通信系统中,长距离传输激光信号需要通信光束能够适应变化的大气环境,自主调整光束参数。激光束散角作为激光束的基本参数,对其调整控制在开发自适应通信系统中有重要意义。在透镜两倍焦距的点光源穿过透镜后,会在透镜后侧两倍焦距处生成一个像。点光源的波前是球面传播的,入射透镜时,波前曲率半径为-1/2f(f=焦距),当穿过透镜,波前曲率半径变为1/2f。可知透镜将波前改变,即透镜轴为圆心的圆圈位置处,光波的相位发生改变。随着液晶光学技术发展,液晶空间光调制器(LC-SLM)的性能也越来越强,在相位调制领域已经比较成熟。在LC-SLM上加载一定规律的相位灰度图片,激光经过LC-SLM反射,效果等 ...
在自由空间光通信系统中,为了解决大气湍流引起的波前畸变,人们提出使用自适应光学系统实现畸变波前的波长。涡旋光和球面电磁波示意图对于涡旋光束在大气湍流中传输产生的波前畸变,可通过自适应广西系统进行校正和补偿。传统自适应光学技术是一种电子学和光学相结合的技术,能够实时探测畸变波前并予以实时校正,使光学系统具有适应自身和外界条件变化的能量,从而保持最佳工作状态,提高光束的质量和改善通信系统的性能。无波前传感器的自适应光学校正大多数自适应光学系统都是用波前传感器根据探测到的畸变量产生的相应的控制信号驱动波前校正器对畸变相应进行校正。2010年,夏立军等开展大气光通信畸变波前校正实现,实验结果表明经自适 ...
电光调制器的实际用途和应用(二)调幅为了理解电光幅度调制器的操作,我们首先考虑一个电光波片。 假设与晶体主轴成 45偏振的光束平行于电光晶体的第三轴传播。 在没有外加场的情况下,晶体通常是任意延迟的多阶波片。当外加电场时,电光效应会在不同程度上改变沿两个晶体方向的折射率,从而改变 有效波片的延迟。如图 2 所示,一个简单的幅度调制器的几何结构由一个偏振器、一个用于零延迟的电光晶体切割和一个分析器组成。输入偏振器保证光束与晶体主轴成 45° 偏振。晶体充当可变波片,随着施加电压的增加,将出射偏振从线偏振(从输入旋转 0°)变为圆偏振、线偏振(旋转 90°)、圆形等。分析仪仅透射已旋转的出射偏振分 ...
电光调制器的实际用途和应用(一)基本上有两种类型的调制器:体调制器和集成光学调制器。体调制器由离散的非线性光学晶体制成,通常用于实验室工作台或光学平台。它们具有极低的插入损耗和高功率处理能力。此处不讨论的集成光调制器使用波导技术来降低所需的驱动电压,是特定于波长的。与体调制器不同,这些调制器是光纤尾纤且结构紧凑。在简要讨论了电光效应之后,本应用笔记将描述体调制器的使用和应用。电光效应线性电光效应是折射率的变化,它与外加电场的大小成正比。1 外加电场对折射率的影响,可以通过任意偏振的光束观察到晶体中的方向,由三阶张量描述。忽略物理量的矢量性质,外部电场对晶体折射率的影响具有以下形式其中 是折射 ...
今信息处理和通信系统中部署最广泛的信号载体。它们还在编码量子信息方面发挥着关键作用。在过去的几十年里,已经开发了各种量子位系统,其中一些利用了光频激发,包括俘获离子 、中性原子 、量子点和固态缺陷 ,以及其他在微波频率下工作的,包括超导量子位(superconducting qubits)和晶体中的自旋(spin in crystal)。其中,超导量子位是最有前途的量子计算平台之一。在超导量子电路中,约瑟夫森效应(Josephon effect)固有的微波频率下的低损耗单光子非线性允许接近纠错阈值的高保真量子操作 。基于该电路量子电动力学 (cQED) 架构,已经开发出具有 50 多个量子位的 ...
光纤制导系统摘要:光纤制导技术是用光纤来取代金属线制导武器的新技术,它将成为推动有线制导武器进一步发展的唯一技术,还可用于未来的外层空间卫星武器的有线制导。光纤制导武器被称为“智能兵器”,最重要的是由于它采用了光纤线路、光纤传感器和小型光纤红外寻的器,这使得它的信息数据传输质量得到很大改善,因其性能格外优良,以至达到“智能”水平,从而获得了“第一代智能武器”的美誉。1.光纤制导系统基本组成与工作原理光纤制导系统根据图像的不同,目前的光纤制导武器有两种类型:一类是白天使用的昼光型,采用光纤电视制导系统;另一类是全天候使用的昼夜型,采用红外成像制导系统。光纤制导系统由图像导引头和光纤双向信息传输系 ...
为单纤全双工通信系统。光纤制导中下行的观测信号与上行指令控制信号的单纤双向传输,即是这种典型的传输方式。3.光多路复用分插传输在发射端将来自独立发射机的不同波长的光信号,经过复用器复合后通过单纤传输;在中间站分插复用器将波长信号路由到本地接收机下载,于此同时上载中间站本地发射机发射的另一波长信号,并通过分插复用器与其他信号会合,经单纤传输进入解复用器;解复用器将不同的信号分离,并路由到多个独立的接收机上,每个接收机接收一个波长信号。这种多波长复用分插的传输方式还可有多个中间站点分插。总之,位于系统中间的分插复用器,既可以在中间点下载已有信道,也可以上载携带WDM信号的新信道到光纤中,上载的信号 ...
为第一代光纤通信系统。1981年又实现了两电话局间1.3微米多模光纤的通信系统,为第二代光纤通信系统。1984年实现了1.3微米单模光纤通信系统,即第三代光纤通信系统。80年代中后期又实现了1.55微米单模光纤系统,即第四代光纤通信系统。用光波分复用提高速率,用光波放大增长传输距离的系统,为第五代光纤通信系统。图1.通信技术迭代二、光纤技术的发展特点(1)频带极宽,通信容量大。光纤比铜线或电缆有大得多的传输带宽,光纤通信系统的光源调制特性、调制方式和光纤色散特性。对于单波长光纤通信系统,由于终端设备的电子瓶颈效应而不能发挥光纤带宽大的优势。通常采用各种复杂技术来增加传输的容量,特别是现在的密集 ...
间分布。光纤通信系统故障排查和监视是OTDR的主要应用。一直以来,OTDR都是测量光通信线路及故障点的主要手段。这种技术既然能够测量光纤的变化,那如果对光纤施加变化,再来测量光纤的变化,就可以得到外部施加力部分的特征,由此衍生出第二种应用,大型结构的安全健康监测。OTDR被用于大型结构如大厦、桥梁、公路等的安全健康监测。其原理主要是利用建筑的应力-应变导致光纤微弯从而使接收到的该处的瑞利散射功率发生改变。将光纤嵌入到混凝土中,建筑结构如出现裂缝,将使光纤破坏或断裂,再通过OTDR找到裂缝的具体位置。与通信线路检测不同的是,建筑物内的结构安全监测光纤总里程较短,探测距离也较短,传输损耗可以较少, ...
重要作用,在通信系统中得到广泛的应用。在通信系统的发展中,光纤通信技术的发展为现代通信技术的发展打下了坚实的基础,为现代设计的数字通信提供了可靠的技术储备。1.光纤通信传输技术简介光纤通信传输技术是以光纤为媒介的现代通信技术,光纤具有大容量通信,能够进行长距离传输且对环境污染小等优点,实际应用中将光纤分为感用光纤和通信光纤两种类型,能够根据不同的使用情况进行分频、调制光波和整形等。光线可以实现模拟信号、数字信号和视频传输,每秒的传输速到能够达到2.5 GB,光纤对电机、无线电的电磁噪声有较大的阻抗能力,具有较好的抗干扰力。光纤是由石英材料组成的因此具有很强的绝缘性,在实际应用中,光纤通信传输技 ...
成部分,水利通信系统的建立为水利工作的顺利开展提供了技术基础,实现了水利系统的稳定和安全,是未来水利系统发展的一个重要方向。光纤通信技术作为一种新兴技术具有很多方面的优势,带宽大、抗电磁干扰、低损耗等特点,这些特点很好地弥补了水利通信网络中存在的问题,为水利通信网络的发展提供了技术支持。一、水利通信系统发展现状传统水利通信系统的信息传输量少,时效性差,严重影响了水利通信系统的运行性能。水利通信中信号的传输,不仅需要传统的数据信息传输,还需要继电保护信号、话音信号、水力负荷检测信号等,以便提供数字、图像、声音等多种形式的信息传输功能。图像、数字等信息在整个水利通信系统信息传输中所占比例不大,但其 ...
。基于光纤的通信系统是一个充满生机与活力的朝阳产业,有着强大的生命力,是推动社会进步的重要动力。光纤通信系统是由数量众多的光纤组成,其主要制作材料为高纯度二氧化硅,光纤本身属于电气绝缘体,无需考虑接地回路问题。光纤通信技术自研发开始,便凭借其良好的性能而发展迅猛。一、光纤技术发展的现状虽然这几年我国光纤光缆技术有很大发展虽然这几年来,有一些具有自主知识产权的技术已在发挥作用,但是应该看到这种比例仍是很小的,国内有近200家光纤光缆厂,但大多产品单一,没有自主的知识产权,技术含量较低,竞争力不强。实际上我国的光纤光缆技术应该说与国际水平差距很大,因此我们作为世界第二的光缆大国,应该把开发具有自主 ...
大容量的光纤通信系统,其光源的谱线宽度应该小于2nm,甚至到亚纳米级。图2.光纤通信示意图(5)可靠性要高,要求它工作寿命长,工作稳定稳定性好,具有较高的功率稳定性、波长稳定性和光谱稳定性;光纤通信要求其光源器件长期连续工作,因此光源器件的工作寿命越长越好。目前工作寿命近百万小时(约100年)的半导体激光器已经商用化。(6)体积小、质量轻、与光纤之间有较高的耦合效率。光源器件要安装在光发送机或光中继器内,为使这些设备小型化,光源器件必须体积小、质量轻。由于光纤的几何尺寸极小(单模光纤的芯径不足10 um),所以要求光源器件要具有与光纤较高的耦合效率。结语:能够满足以上要求的光源一般为半导体发光 ...
任何一个光纤通信系统都要解决光纤与光纤,光纤与光源发射装置、光纤与接受装置的连接问题。目前最常用到的两种光纤连接方案,一是通过光纤连接器连接、二是热熔接。但是两种连接方案都要考虑到光纤损耗低问题,并且为了保证信号传输的质量,都需要想办法降低损耗,提高传输效率。一、光纤连接损耗及影响因素两段光纤相连接必然存在信号损耗的问题,目前通信标准用传输系数T表述传输效率的高低。光纤入射光功率用P1表示,光纤出射光功率用P2表示,传输系数则可以表示为T=P1/P2表示。相应的连接器耦合损耗L=-10 lg T (dB)。假设是理想状态下连接耦合,无任何参数失配和连接误差,则L=0 dB,即表示无连接损耗。但 ...
,它也使得光通信系统中波分复用技术和密集波分复用技术的实现成为可能。一、光放大器的基本原理 根据放大所采用的增益介质和放大工作原理的不同,可对放大器做不同的区分。按照采用的增益介质可将光放大器分为两类,一类是半导体放大器,另一类是光纤放大器。前者的增益介质是半导体晶体材料构成的PN结,后者则是光纤。而在光纤放大器中,根据放大机理的不同,又可区分为稀土掺杂放大器(如掺铒光纤放大器,)和分布式光纤放大器(如拉曼光纤放大器)等。二、半导体光放大器在半导体增益材料中,通过受激发射,可以实现光的放大,这就是半导体光放大器(SOA)的基本原理。对SOA的研究开始于1961年发明半导体激光器不久,但直到2 ...
这对高速光纤通信系统、相干光纤通信系统、频分复用光纤通信系统以及精密光学测量等系统中的应用都是十分重要的问题。光隔离器是只允许光信号沿一个方向传输的双端口光器件,即当光信号沿正向传输时,具有很低的损耗,光路连通;而当光信号沿反向传输时,损耗很大,光路被阻断。光隔离器是一种光非互易传输耦合器,即当输入与输出端口互换时,器件的工作特性是不一样的。一、光栅隔离的主要参数光隔离器主要的性能参数是正向插入损耗、反向(逆向)隔离度、回波损耗,其定义分别为:(1)正向插入损耗 其定义为:正向光路传输时其输出光功率与输入光功率之比,以分贝的形式表示应为:L=10 lg(Po正/Pi正) (dB);(2)反向 ...
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