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用于相干光纤通信的高级数字信号处理技术
摘要： 本文综述了高容量长距离相干光纤传输系统中先进数字信号处理（DSP）技术的最新进展。不仅需要补偿光传输链路中的线性损伤，非线性损伤也需通过适当算法进行抑制——因其已成为长距离大容量光传输系统的主要限制因素。除时域均衡（TDE）外，频域均衡（FDE）DSP也能实现相近性能，且计算复杂度大幅降低。先进DSP对实现空分复用（SDM）同样至关重要。近期发展的SDM技术可将系统容量提升至少一个数量级，部分研究成果已超越单模光纤（SMF）的非线性香农极限。SDM为空纤通信引入了空间维度，少模光纤（FMF）与多芯光纤（MCF）的制造推动了模式分复用（MDM）和多芯复用（MCM）等新型复用技术的发展。每个模式或纤芯虽可视为独立自由度，但信号传输过程中会产生严重耦合。多输入多输出（MIMO）DSP能均衡信号耦合，使SDM传输成为可能。机器学习（ML）技术因受全球关注，亦被探索应用于先进DSP领域。本文首先介绍相干检测原理与方案，阐释DSP技术补偿传输损伤的机理；继而讨论非线性补偿、FDE、SDM及ML等相关DSP技术，分析关键技术并展示代表性成果与实验验证；最后给出简要结论与展望。
关键词： 相干检测、神经网络、空分复用、数字信号处理、非线性补偿、机器学习、光纤通信、均衡
更新于2025-09-16 10:30:52
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光纤通信（原理与应用）|| 光源与发射机
摘要： 光源能高效实现电-光信号转换，使光输出能有效耦合并注入光纤。它是光纤通信中需要外部电源供电的有源器件。本章首先概述光源的主要要求或理想特性。发光二极管（LED）和注入式激光二极管（ILD，简称激光二极管LD）是最常用的半导体光源。LED是非相干光源，其结构内可支持多种光传播模式，因此被用作多模光源。而ILD是高度相干光源，具有极窄光谱和快速响应特性，主要用于单模传输要求的单模光源场景。本章阐述了这两种光源的基本工作原理、主要结构及配置方式：LED通过自发辐射（电子跃迁至高能不稳定态后，在皮秒级时间内自发返回稳态并发射光子，波长由电子释放能量决定）产生光信号；激光二极管则基于受激辐射（电子在高能态维持微秒级时间后自发跃迁，期间光子刺激产生新的同频光子）形成激光输出。最后通过典型光发射机功能框图及其特性与操作说明，评估光源的实际应用价值。
关键词： LED、自发辐射、光发射器、光源、受激辐射、激光二极管、光纤通信
更新于2025-09-12 10:27:22
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光纤通信（原理与应用）|| 光放大器
摘要： 光放大器是光纤通信中广泛使用的设备，用于放大光发射机产生的光信号。该光信号直接被放大，无需先转换为电信号再恢复为放大的光信号。这意味着光放大器在全光域直接对光子进行操作。本质上，光放大器确实需要作为光电器件的光源和光电探测器，以及其他操作（如包括重定时在内的光脉冲整形）所需的附加电子电路。但为什么我们需要光放大器呢？我们知道，在1500纳米波长附近，典型光纤损耗约为0.2分贝/公里。让我们看看光信号在光纤中传输约100公里后会发生什么。信号衰减了20分贝。因此它们需要被放大，否则检测到的信号信噪比太低，误码率会过高（通常期望的误码率值<10^-9）。解决这个问题的一种方法是检测微弱信号，然后调制新激光器（光-电-光转换），这需要高速（>10吉赫兹）电子电路。因此，放大信号的最佳方式仅通过光学手段，而首选方法是光纤放大器，它效率最高、最稳定且损耗最低。
关键词： 掺铒光纤放大器、拉曼光纤放大器、光放大器、半导体光放大器、光纤通信
更新于2025-09-12 10:27:22
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光纤通信（原理与应用）|| 光学测量
摘要： 光学测量对于验证光纤通信链路的运行特性是必要的。采用各种测量技术和专用测试设备来确定包括光纤在内的组成部件和器件的关键性能参数。显然，在光纤器件和组件的研究设计、制造生产以及现场光纤通信系统的安装调试等不同层面，都需要进行光学测量。所使用的光学测量和测试设备种类繁多，包括光功率计、光学示波器和光谱分析仪、光时域反射仪（OTDR）、光波形分析仪、连接器检查显微镜、色散分析仪、活光纤检测器、通话装置、光学测试仪（组合光源和功率计）等。所有这些测量都具有波长特异性。确保光纤链路的光纤衰减和故障情况是实现预期性能的主要关注点。光学测量涉及若干挑战，如多波长/信道、高光功率水平、需要远程进行测试以及高度自动化等。
关键词： 光时域反射仪、光学测量、光谱分析仪、光功率计、光纤通信
更新于2025-09-12 10:27:22
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用于数字相干光系统的非白调频噪声激光器的相位噪声测量与性能
摘要： 我们测量了量子点锁模激光器（QD-MLLs）的调频噪声功率谱密度，并将其与实测线宽作为数字相干系统性能预测指标进行对比。通过分析光源非洛伦兹线型的特性——其中线宽由调频噪声的低频部分决定，我们阐释了观测结果?；谑挡庀辔恍蛄械姆抡嫜芯考氨晨勘诚喔纱涫笛楸砻鳎河捎诘髌翟肷姆前自肷匦?，线宽达数MHz的QD-MLLs性能可与仅数百kHz洛伦兹线宽的激光器相当。研究表明，对于具有相似光谱特性的激光器，无论采用何种线宽测量技术，其光谱线宽都可能低估其在相干系统中的实际性能。我们提出"洛伦兹等效线宽"指标来表征非白调频噪声激光器，并评估其对数字相干光系统的影响。该指标通过测量高于常规白噪声激光器表征频率（且与系统波特率相当的）高频相位变化获得。对于具有非白调频噪声的激光器，该指标比实测线宽更能准确预测系统性能。研究还讨论了非白调频噪声对载波相位恢复优化及系统性能的影响。
关键词： 二极管激光器、相干通信、光纤通信、锁模激光器
更新于2025-09-12 10:27:22
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[IEEE 2019年第21届透明光网络国际会议(ICTON) - 法国昂热 (2019.7.9-2019.7.13)] 2019年第21届透明光网络国际会议(ICTON) - 光通信的神经形态处理
摘要： 神经形态计算最近被证明是通信系统中一项极具前景的技术。光子神经形态技术能够在光学领域实现机器学习算法。我们将探讨该技术在高速、节能信号处理方面的最新进展，以及其优势和挑战。
关键词： 光信号处理、神经形态处理、光纤通信、机器学习、神经网络
更新于2025-09-12 10:27:22
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基于k均值聚类的智能二维软判决技术助力VCSEL实现112-Gbps PAM-4与PAM-8光互连
摘要： 本工作提出了一种基于k均值聚类的智能二维软判决(2D SD)技术，用于垂直腔面发射激光器(VCSEL)实现的112-Gbps PAM-4和PAM-8光互连。在高调制速率下，基于VCSEL的链路存在严重的电平非线性、电平相关噪声和符号间干扰(ISI)。为表征上述三种失真，通过PAM时隙映射实现二维信号处理。得益于二维k均值机器学习，无需蒙特卡洛方法即可利用在线数据智能估计信道条件概率密度函数(PDF)，从而通过额外考虑非线性、电平相关噪声和ISI实现更精确的对数似然比(LLR)。我们通过仿真和实验对VCSEL与多模光纤(MMF)链路进行了概念验证研究，采用商用级VCSEL在100米MMF传输中实现了112-Gbps PAM-4和PAM-8信号传输。结果表明，所提出的k均值二维软判决技术无需使用先验已知序列进行训练即可显著提升性能。
关键词： 多维信号处理、光纤通信、决策支持系统、机器学习
更新于2025-09-12 10:27:22
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基于光纤通信的SCB爆炸装置程控起爆系统设计
摘要： 基于光纤通信的半导体桥火工品控制系统设计，可使火工品在复杂电磁环境中表现更优。通过可编程总线控制器、点火单元与光纤通信的结合，实现了火工品的时序点火。系统设计完成后，测试了其主要功能和抗电磁干扰能力。结果表明，该系统具备远程控制能力、高可靠性、高安全性及良好的电磁兼容性，可在比传统起爆装置更复杂的电磁环境中使用。
关键词： 可编程总线控制器、点火单元、电磁兼容性、半导体桥爆炸装置、光纤通信
更新于2025-09-12 10:27:22
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一种仅使用两个单泵浦配置Ti:PPLN波导的高效DFG诱导波长交换光刻工艺优化技术
摘要： 通过差频生成（DFG）技术采用两个具有相同光栅周期的相同钛扩散铌酸锂（Ti:PPLN）波导和单一泵浦源实现的波长交换光学相位共轭（WE-OPC）非传统单泵浦配置，经理论分析与仿真后实现了更高的OPC转换效率。研究发现WE-OPC能有效缓解非线性效应并提升光传输系统的频谱效率。将所提出的WE-OPC WDM光传输系统建模为波长转换器进行仿真，在10个信道条件下，高频段至低频段及反向转换分别获得了约3.3 dB和3.49 dB的显著更高转换效率。
关键词： 光纤通信，色散补偿器件，光纤与光通信，光学相位共轭，波长转换器件
更新于2025-09-12 10:27:22
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[2019年IEEE国际机器人与智能系统会议(ICRIS) - 中国海口(2019.6.15-2019.6.16)] 2019年国际机器人与智能系统会议(ICRIS) - 光纤通信的安全威胁与防护策略研究
摘要： 随着信息化程度的提高，自然因素、人为因素和技术因素对光纤通信造成了诸多安全威胁。本文分析了光纤通信的安全威胁问题，提出需加强军民融合、野战与固定结合、提升装备性能，并建立标准化保障机制和操作流程，以提高光纤通信网络的防护能力。
关键词： 安全防护，光纤通信，安全威胁
更新于2025-09-11 14:15:04