一、密集波分复用技术及其应用（论文文献综述）
许弘楠[1]（2021）在《面向多维复用的硅基亚波长结构集成光子器件研究》文中认为伴随着微电子技术的快速发展与数据处理需求的爆发性增长,芯片互联与数据中心通信正面临着日益严重的传输带宽瓶颈。基于多维复用的新型光互联技术则通过结合波长、偏振、模式等多个维度,提供了一种可行的解决方案。硅基集成光子器件凭借其紧凑的器件尺寸、极低的工作能耗与成熟的加工工艺,被广泛视作构建基于多维复用光互联系统的最佳平台之一。近年来,包括亚波长光栅、超材料、超光栅在内的硅基亚波长结构逐渐兴起,并被应用于波长、偏振、模式等光子特性的精确调控。本文涉及的主要工作是,通过结合硅基亚波长结构与硅基集成光子学,实现一系列具有低损耗、低串扰、大带宽,并可用于片上、片间及空间多维复用的硅基集成光子器件。我们首先讨论了在硅基集成光子器件的仿真、加工与测试方法,并在此基础上,依次对偏振维度、模式维度、波长维度调控以及空间多维光通信中涉及的几类关键器件进行研究。针对偏振维度调控,我们利用硅基亚波长光栅的各向异性与色散特性,提出三类高性能偏振调控器件,即硅基偏振分束器、硅基起偏器与硅基偏振旋转器。对于硅基偏振分束器,我们提出一种基于亚波长光栅异质结的新颖结构。通过拼接光轴取向正交的亚波长光栅,构造了一种具有显着各向异性的耦合器结构,从而有效地分离了输入的正交偏振态。这一器件可以实现215nm以上的工作带宽。对于硅基起偏器,我们提出一种新颖的亚波长光栅/弯曲波导混合结构。通过结构参数优化,可以使得亚波长光栅对TE、TM偏振态产生显着的等效折射率差,从而有效地增强弯曲损耗的偏振相关性,从而保证输入光中的TM分量被完全滤除。这一器件可以在415 nm以上的光学带宽范围内保证低插入损耗与高偏振消光比。对于硅基偏振旋转器,我们提出一种新颖的亚波长光栅/缺角波导混合结构。我们将传统缺角波导中的缺角部分替换为亚波长光栅,利用亚波长光栅的异常色散特性,消除了偏振转化长度的波长相关性,从而实现了 415 nm以上的超大光学带宽。针对模式维度调控,我们利用亚波长光栅与超材料的折射率调控特性,提出三类高性能多模传输相关器件,即硅基多模波导弯曲结构、硅基多模波导交叉结构与硅基多模波导功分器。对于多模弯曲传输,我们提出一种新颖的渐变折射率模式转换器,将输入的直波导模式完全转化为相应的弯曲波导模式。我们实验验证了半径30μm以下的4模式弯曲传输,实验测得1.5 dB以下的插入损耗与-20 dB以下的模间串扰。对于多模交叉传输,我们提出一种新颖的Maxwell鱼眼透镜结构,并利用其共轭成像特性将任意高阶模式无损地传输至对侧。我们实验验证了基于这一结构的2模式交叉传输,实验测得插入损耗仅为0.28 dB,同时串扰低于-20 dB。对于多模分束传输,我们提出一种新颖的等效介质分束镜结构,通过调控亚波长光栅的等效折射率,将特定比例的入射光反射至输出端口,从而实现低损耗、低串扰的多模分束传输,并且具有415 nm以上的超大光学带宽。针对波长维度调控,我们提出一种基于连续区束缚态的硅基超光栅滤波器。利用波导内部的干涉相消效应,消除Bragg谐振态的横向衍射损耗,从而产生具有高品质因子的准束缚态。我们实验验证了临界波导宽度附近准束缚态的建立过程,并且利用这一机制构造了Q值5000以上、自由光谱范围100 nm以上的窄线宽滤波器。针对空间多维光通信,我们提出一种基于连续区束缚态的硅基超光栅光学天线。利用不同衍射通道之间的干涉相消效应,有效抑制了光栅天线的衍射强度,并实现了平坦的衍射强度光谱。实验测得衍射强度仅为3.3×10-3 dB/μm,对应0.027°以下的超小远场发散角。最后,我们总结了本文中的主要工作,并对未来的研究方向进行了展望。
孙聪雅[2]（2021）在《基于多芯光纤的多维高效光载无线系统的研究》文中提出随着智慧城市、虚拟现实与增强现实等新兴科技的发展,人们对数据流量的需求与日俱增。C-RAN架构无线前传CPRI接口速率过高限制了 B5G/6G系统的发展,模拟光载无线（RoF）技术相比数字化传输技术而言,无需采样和量化,可以有效解决前传接口带宽过高问题。传统RoF阵列系统架构成本高,容量低,不足以满足超大规模无线通信系统对超大带宽、超高容量的需求。针对上述挑战,论文研究了基于多芯光纤（MCF）传输的新一代RoF系统架构,具体的研究内容和创新成果如下:论文采用国产7芯光纤搭建了基于MCF空分复用（SDM）的新一代光纤-无线混合RoF传输系统,通过传输多制式无线信号,从EVM和动态范围两方面分析系统的通信质量。实验结果表明,在仅有MCF的传输链路中,分别传输WLAN和LTE-TDD无线信号,最优EVM值分别为2.33%和2.18%,动态范围分别为10 dB和22 dB;在不同无线距离的光纤-无线混合链路中传输WLAN/LTE-TDD信号,最优EVM≤1.95%,动态范围分别可达17 dB和31 dB。此系统可有效增加前传网络容量,提高光纤资源利用率,降低成本,为下一代B5G/6G系统的容量扩展提供支撑。为了进一步扩展基于MCF的RoF系统容量,论文搭建了基于波分复用（WDM）和SDM的光纤-无线混合RoF传输系统,通过传输多波长多制式无线信号,从EVM和动态范围两方面分析系统的通信质量。实验结果表明,在仅有MCF的传输链路中,传输多波长WLAN信号的最佳EVM≤1.80%,动态范围为18 dB;传输多波长LTE-TDD信号的最佳EVM≤2.40%,动态范围为25 dB。在不同无线距离的光纤-无线混合RoF传输系统中传输WLAN/LTE-TDD信号的最佳EVM≤2.09%,动态范围分别可达27dB和36 dB。此网络架构可充分利用空间和波长多维资源,降低成本,提高系统容量和光纤利用率。
李书锋[3]（2021）在《基于多芯光纤的量子密钥分发网络资源分配技术研究》文中提出近年来,量子密钥分发作为量子信息科学的重要分支,以其建立在量子力学和信息论框架下的无条件安全性特点,成为国内外热门研究内容之一。随着量子密钥分发技术的不断深入,承载量子密钥的单芯光纤中的信道容量问题日益突出,空分复用技术的引用为量子密钥分发光网络的发展提供了新的思路。多芯光纤技术以其设计原理简单,成本低等特点成为空分复用中应用比较广泛的技术之一。在多芯光纤网络中,芯间串扰等噪声会给信号的传输带来一定的负面影响,这使得多芯光纤网络中的资源分配问题存在一定阻碍。作为量子与经典光混合传输的承载技术,多芯光纤再一次受到了研究学者的重视,但基于多芯光纤的量子密钥分发网络缺乏经典信息与量子密钥混传的资源分配方案。本文就以上问题进行了深入的研究,评估多芯光纤网络技术中量子密钥信息与经典光信息之间的芯间串扰等物理因素,建立资源分配模型以及优化策略,最终通过实验仿真验证并得出相应的结论。本文的主要工作及研究成果具体如下:（1）提出了多芯光纤网络中基于芯间串扰与频谱感知的资源分配策略,通过芯间串扰的约束、资源利用的效率以及纤芯分配的角度提出多种方案并进行对比,从而解决多芯光纤网络中量子与经典业务基于芯间串扰的资源分配问题。（2）提出了多芯光纤网络中基于量子密钥池状态感知的资源分配方案,通过结合量子密钥池技术,综合评估了传输距离与芯间串扰等因素对业务请求带来的影响,而解决多芯光纤量子密钥分发网络中长路由对量子信号带来芯间串扰的负面影响。（3）提出了多芯光纤网络中基于非合作博弈策略的资源分配模型,实现在多芯光纤网络中对混合业务的资源分配过程进行优化,从而解决多芯光纤量子密钥分发网络中芯间串扰与网络资源利用效率等多个目标的平衡问题。
宋婷婷[4]（2021）在《针对片上光互连网络通信可靠性的研究与优化》文中研究说明在当今信息时代应用需求爆炸式增长的驱动下,实现高可靠性和高计算性能的超级信息处理系统是片上系统发展的必然趋势。随着互补金属氧化物半导体（Complementary metal oxide semiconductor,CMOS）工艺技术的长足改进,单芯片上集成成百上千个处理核的多核处理器系统已经实现。在片上多核系统中,由于多任务的并行处理及处理核间海量数据的频繁交换,迫切需要一种高效的通信架构来实现系统的高性能信息处理。得益于与CMOS兼容的硅光子技术的迅猛发展,片上光互连网络（Optical networks-on-chip,ONo Cs）有效解决了传统电互连所产生的高时延、高损耗、带宽限制和通信效率低等问题,其具备强大的并行计算能力、优秀的资源利用率和良好的可拓展性,在超高速光通信、超级计算机系统、计算机体系结构设计等领域具有广阔的应用前景。此外,将波分复用技术应用于片上光互连网络能够满足超大容量和超高速率对更高通信带宽的需求。然而,现阶段片上多核光互连网络的通信可靠性无法得到有效保证。一方面,由于硅基光子器件本身的材料属性和当前尚不完美的制造工艺,光载波信号在传输过程中不可避免地会遭受固有物理损耗和串扰噪声的影响,从而导致网络中多跳通信光信噪比的降低及误码率的增大。另一方面,硅基光开关元件对温度波动和工艺偏差非常敏感,温度及制造工艺的轻微变化都会导致光开关的谐振波长发生漂移,使得光通信链路的物理性能变差,对系统级的通信性能和可靠性造成负面影响。尤其对于采用波分复用技术的片上光通信系统,由上述问题导致的数据通信可靠性降低现象更为严重。因此,本文针对如何提升片上光互连网络的通信可靠性这一问题,开展了相关研究,并取得了如下研究成果:1.针对多波长片上光互连网络中的串扰特性,将角度优化（60°/120°波导交叉）方法应用于支持波分复用技术的光路由器层和光网络层,以提升光通信链路的物理性能,降低光网络中信号传输的误码率。首先,依次构建了完善的光器件级、光路由器级和光网络级的插入损耗和串扰特性分析模型;其次,基于角度优化方法和理论分析模型设计了优化的Crossbar和Crux光路由器的优化结构,对比分析该方法对光路由器的串扰特性及各端口光信噪比性能所产生的积极影响;最后,将所设计的角度优化光路由器应用于光网络层,基于Mesh和Torus拓扑结构的片上光网络进行了光网络层的数值仿真分析。仿真结果表明:该优化方法在本文所用参数下可将光网络层的平均光信噪比提升约1.5 d B,其能够有效提升多波长片上光路由器和光网络的光信噪比和误码率性能,实现光网络中更低的误码率传输和数据通信的可靠性提升。2.将信道编码技术应用于片上光互连网络,结合群计数编码方法具有强大检错能力的优势,设计了全电、全光和光电混合的群计数编码器,其中全光和光电混合的群计数编码器基于硅基微环谐振器设计实现。基于仿真软件Interconnect验证了所设计的光电群计数编码器的正确性和可行性,并对其检错效率、能耗和面积开销进行了详细的分析和评估。分析结果表明:该群计数编码方法的错误检测效率可以达到88.2%,相比于奇偶校验方案的检错效率高出36.6%;全电、全光和光电混合的群计数编码器在最坏情况下能耗分别为0.260 f J/bit、56.000 f J/bit和30.386f J/bit;另外,该光电群计数编码器的占芯比例非常小,当Mesh和Torus网络规模增大至10×10时,其面积开销在整个芯片尺寸中的占比小于0.15%。3.设计了一种新型的适用于片上光互连网络的高可靠性通信系统,该系统具有错误检测和数据重传功能,可以有效保证目的节点所接收数据的正确性。在此基础上,为了减少串扰对通信可靠性的影响,对重传机制进行了优化,进一步提升数据重传的可靠性。基于Opti System仿真系统直观呈现了光群计数编码方法对于实现高可靠光通信系统的可行性和有效性,验证了所提出的光通信机制可以有效提高片上光互连网络中数据通信的可靠性。此外,选择常用的奇偶校验方案作为对照,基于不同的通信机制全面地评估了该可靠性片上光通信系统所付出的功耗和时延代价。分析结果表明:由于增加了激光源、编码及校验电路,采用群计数方法实现4比特数据的可靠传输相较于不含错误检测机制直接传输需要额外消耗26.4%的功率,相比于奇校验方案需要额外消耗16.3%的功率。基于奇偶校验的重传机制相比于只采用奇偶校验但无重传约需额外35%的零负载端到端时延开销,采用群计数方法重传机制的零负载端到端时延比只采用群计数方法但无重传约多出39%。本文所提出的可靠性提升技术在当前片上集成中切实可行,可以有效提升片上多核光通信网络系统数据通信的可靠性。在数字光通信领域和大规模片上光互连网络中具有潜在的应用价值,为芯片上可靠性光通信系统的实现提供了理论基础和技术储备。
庄煜阳[5]（2020）在《基于光子晶体和纳米线波导的波分—模分混合复用/解复用集成器件研究》文中指出随着物联网、云计算、自动驾驶、虚拟现实等流量消耗型应用的快速兴起,通信系统对传输容量、传输速率的需求呈现爆炸式增长,因此需要强大的光纤传输网作为支撑,从而满足其超大容量、超快速率的传输要求。但传统单模光纤的容量现已逼近香农极限,将无法满足日益增长的业务需求。空分复用技术应运而生,它采用少模、多芯或是两者结合的方式增加单根光纤所能够传输的信道数,可以极大地提高系统的传输容量和频谱效率。结合波分、模分复用技术,实现波分-模分混合复用/解复用将是突破容量瓶颈的关键技术之一。近年来,硅光子技术利用其低功耗、高速率以及与CMOS工艺兼容的特性,使光子器件与电子器件的集成变为可能。受硅光子学发展的影响,硅基片上波分、模分及其混合复用/解复用器件得到了越来越多的关注,而该类器件正是新型混合复用系统的关键组成部分。但到目前为止,利用硅光子芯片实现片上波分-模分混合复用/解复用的技术仍处于研究阶段。本文首次提出基于光子晶体和纳米线波导的波分-模分混合复用/解复用器,采用具有高品质因数的光子晶体谐振腔进行波分复用/解复用,并利用纳米线波导进行模分复用/解复用,最终实现了波分和模分复用/解复用器件的片上集成。本文主要针对缩小波分-模分混合复用/解复用器的波长信道间隔、扩大其自由光谱范围、降低其插入损耗进行研究,建立了器件模型,优化了结构参数。论文的主要研究内容如下:（1）构建了微腔-波导耦合简化模型,推导了光子晶体谐振腔型波分复用/解复用器件的耦合模理论。研究了波导-波导耦合机制,提出了通过增大波导间距来抑制非对称定向耦合型模分复用/解复用器件中模式串扰的方法。（2）研究了相位关系对微腔与波导间耦合特性的影响。提出了一种二氧化硅回音壁模式环形腔与硅基光子晶体波导的侧耦合结构,通过实验和理论分析,发现模式匹配是实现微腔-波导高效耦合的前提条件。（3）为了进一步缩小硅基面内型光子晶体波分复用/解复用器件的波长信道间隔,提出了三种类型的光子晶体密集波分复用/解复用器件,分别基于一维光子晶体纳米梁腔、二维光子晶体双反射壁腔,以及二维光子晶体双色腔。利用二维时域有限差分法（2D-FDTD）和二维有限元法（2D-FEM）进行了器件设计和结构参数优化,最终仿真测得这三种类型的光子晶体波分复用/解复用器的信道间隔最小可达0.8 nm。（4）研究了光子晶体波导非对称定向耦合型模分复用/解复用器件在不连续波长处具有高插入损耗的原因,发现周期性介质微扰导致了耦合传输谱的剧烈抖动。对比了纳米线波导型模分复用/解复用器的传输特性,发现后者拥有相对平滑的耦合传输谱,因此更适用于波分-模分混合复用/解复用器件。（5）提出了基于光子晶体和纳米线波导的波分-模分混合复用/解复用集成器件。数值仿真结果表明,该类型器件不仅具有小波长信道间隔（0.8 nm）、大自由光谱范围（500 nm）以及低插入损耗（1.0 d B）的性能特点,还具有非常紧凑的结构。综上所述,本文研究了波分和模分复用/解复用器件中的耦合模理论,构建了微腔-波导耦合简化模型,提出了抑制模式串扰的方案,并探讨了模式匹配对微腔-波导耦合特性的影响。基于理论分析,设计了具有大自由光谱范围和小信道间隔的光子晶体波分复用/解复用器件,并对比研究了光子晶体波导型和纳米线波导型模分复用/解复用器件的耦合传输谱。最后提出了基于光子晶体和纳米线波导的波分-模分混合复用/解复用器件,其同时具有小波长信道间隔、大自由光谱范围和低插入损耗的性能特点。这些学术成果对高速大容量波分-模分混合复用光通信系统以及光子集成芯片的发展具有重要的意义。
范志强[6]（2020）在《光电振荡器及其应用研究》文中认为具有低相位噪声、高频率稳定度的微波信号源是现代通信、雷达、导航及测量等电子系统的核心器件。光电振荡器是一种通过光电反馈环路将光能量转换为微波能量的微波光子信号产生技术,具有相位噪声低、频率稳定度高、频率调谐范围大的优点。该技术突破了电子技术产生微波信号的技术瓶颈,对提高电子系统性能具有重要意义,已经成为微波光子学的研究热点。本论文对光电振荡器进行了系统的理论与实验研究,包括基础理论、测试方法、新型结构及其应用研究。主要研究内容及创新点如下:1.光电振荡器基础理论研究研究了注入锁定光电振荡器的基础理论。通过推导时域相位差微分方程,建立了注入锁定OEO的理论模型,明晰了注入锁定OEO的锁定条件,解释了频率牵引现象,分析了相位噪声特性的影响因素。并通过实验验证了理论分析结果,该结果为注入锁定光电振荡器的研发提供了理论依据。2.光电振荡器相位噪声测试方法研究提出了基于波分复用结构的光延迟互相关微波信号相位噪声测量方法。在传统光延迟互相关相位噪声测量技术中,引入波分复用技术使两个测量通道共享数公里长延时光纤,降低了系统复杂度和双通道延时匹配的难度。搭建测试平台,实现了4-11GHz微波信号的相位噪声测量,在10GHz频点处的系统噪底为-152.6d Bc/Hz@10k Hz。该测量方法为宽带、低相噪微波信号源提供了一种相位噪声测量手段。基于光延迟互相关相位噪声测量系统,提出采用波分复用技术将光电振荡器与相位噪声测量系统相融合的光电振荡器相位噪声测量方法。搭建了共享光纤的双环路光电振荡器,边模抑制比达到82.4d B,并采用上述测量方法建立了相位噪声测试平台,在10.66GHz频点处测得相位噪声为-122d Bc/Hz@10k Hz,与商用相位噪声测量仪器的测试结果一致,降低了光电振荡器相位噪声测量的技术难度。3.新型结构光电振荡器研究研制了基于注入锁定和延时补偿技术的光电振荡器,通过延时补偿系统实时补偿由于温度等因素引起的环路延时变化,将振荡频率维持在注入信号的锁定范围内,实现了稳定的单模振荡。该光电振荡器在1000s时间内,温度波动范围22-31℃时,10.66GHz频点处实现了±0.1ppb的频率稳定度,边模抑制比达到78d B,频率调谐步进为10Hz。该成果提高了光电振荡器的边模抑制比和频率稳定度。研制了基于宇称-时间对称原理的可调谐光电振荡器。利用硅基集成微盘振荡器的互易性实现了宇称-时间对称结构,其强大的模式选择能力大大降低了对滤波器的带宽要求。利用硅基集成微盘振荡器的热调谐性,实现了可调谐光电振荡器。建立了实验系统,实现了15d Bm、2GHz至12GHz可调谐微波频率输出。当反馈环路长度约1km时,在10k Hz频率处的相位噪声达到了-117.3d Bc/Hz。该方法降低了对滤波器带宽的要求和实现了宇称-时间对称光电振荡器的调谐。研制了基于微波非线性放大技术的双频输出光电振荡器。实现了含有基频信号和三次谐波信号的双频输出。基频信号的频率调谐范围为6.68GHz至10.6GHz,调谐步进为50MHz/m A,输出功率为12.774±0.8d Bm;三次谐波信号的频率调谐范围为20.04GHz至31.9GHz,调谐步进为150MHz/m A,输出功率为-5.41±1.47d Bm。为实现高性能双频微波源提供了一种有效解决方案。4.光电振荡器应用研究基于互参考结构光电振荡器,提出了温度不敏感型应变和位移测量方法,其中互参考结构采用波分复用技术实现。分别研制了基于光电振荡器的应变和位移测量系统,其中应变测量系统测量范围大于600με,测量误差优于±0.3με,且不受温度影响;位移测量系统在模拟待测目标距离约为8km,采样时间为1ms时,位移测量误差为±11.14μm,速度测量误差为±3.90μm/ms,结果也不受温度影响。该方法克服了温度对测量系统的影响,同时兼有测量精度高、速度快的优点。
马鹏飞[7]（2020）在《基于激光干涉融合的分布式振动传感技术研究》文中指出伴随着我国重大基础设施建设规模的不断扩大,安全问题逐渐成为当前人们关注的重点,亟需有效手段来实现对诸如高铁、机场、桥梁、变电站等长距离、大范围重大基础设施安全实施长期有效监测。分布式光纤振动传感技术能够在较长的距离范围内连续监测被测量,同时其具有抗电磁干扰、探测灵敏度高、耐高温等优良特性,在大范围监测应用中有着得天独厚的优势。本文针对上述安全监控领域对分布式光纤振动传感技术的重大需求,围绕非对称双马赫-曾德干涉型分布式振动传感技术存在的几个关键难题,分别从信号处理融合角度和多传感机理融合角度提出提升其振动传感测量性能的新方法,并在理论架构、系统构建、实验验证、现场应用等方面开展了相关研究工作。本文的主要创新性工作内容如下:1.构建非对称双马赫-曾德干涉结构相干理论模型,研究了该结构后向散射噪声滤除原理,振动检测基本原理和位置解调原理;结合互相关时延估计理论,分析了激光器波长差异引起的振动信号非对称性对事件定位的影响机理,并在此基础之上,提出了利用相位变化特征代替干涉信号进行定位的思路,为定位算法的研究奠定理论基础。2.针对振动起始端点精准探测的需求,提出一种基于可变模态分解的高精度端点检测方法,使得检测精度较传统方法提升近两个数量级。提出一种基于S变换的高精度定位算法和一种基于改进3×3耦合器解调的快速定位算法,通过提取两路干涉信号的相位变化特征有效的消除了长臂干涉结构的非对称性对定位精度的影响。同时,针对实际安防监控的应用需求,提出基于概率分析的多事件识别机制,弥补现有硬判决输出识别方法的不足,减少由错误决策所带来的损失。3.从多传感机理融合角度提出了基于双光源密集波分复用技术的马赫-曾德干涉与φ-OTDR融合型分布式振动测量结构,该结构能够同时实现多点定位与宽频响应的分布式振动测量,突破了非对称双马赫-曾德干涉型分布式振动传感技术无法实现多点定位的瓶颈。研究了初始相位差与振动幅度大小对融合系统频率探测的影响机理,提出了基于改进型3×3耦合器解调计算相对相位差,并利用相对相位差替代干涉信号进行频率的探测提升系统动态范围。提出了一种反馈环干涉与φ-OTDR融合的单端单光纤传感结构,在单根光纤上同时实现了多点定位与宽频响应的分布式振动测量。4.采用模块化设计思想分别从硬件和软件层面对马赫-曾德干涉与φ-OTDR融合的分布式振动传感系统进行了仪器化设计,完成了工程样机的搭建,开发了与视频监控平台以及声光报警器的联动报警通信模块,此通信模块不仅提供UDP协议的格式输出,还提供开关量输出。基于该系统开展了现场应用实验研究。
罗鸣[8]（2020）在《新型超高速、超大容量光纤通信系统架构的研究》文中研究表明超高速、超大容量光纤通信系统架构是光纤通信最基础和最重要的工程科技问题。单信道传输速率从40Gbit/s提高至100Gbit/s甚至1Tbit/s已经成为必然趋势。业界亟待新的系统架构和技术导入以实现传输性能和容量的革命性提升。针对以上这些问题,本文对新型超高速、超大容量光纤通信系统架构中最重要的三个方面:相干光超大容量光纤传输系统架构、超高速强度调制直接检测（IM-DD）城域网系统架构以及超大容量相干波分复用无源光网络（WDM-PON）系统架构开展了一系列理论与实验研究。在相干光超大容量光纤传输系统架构方面,如何提高单纤传输容量是最核心的问题。随着单模光纤传输容量的潜力即将耗尽,为了进一步提升传输容量,空分复用光纤传输系统的关键技术成为该领域研究的重点。在超高速IM-DD城域网系统架构方面,随着PAM-4调制格式脱颖而出,迅速进入商用阶段,研究如何利用新型数字信号处理算法优化和改进PAM-4调制格式的发送与接收性能成为学术界研究的热点问题。在超大容量相干WDM-PON系统架构方面,由于简化型相干结构与经典相干结构各有其优势,有必要在研究新型简化相干接收技术并将其引入WDM-PON架构的同时积极推进经典相干收发技术在WDM-PON系统中的应用。本文主要成果与创新点如下:（1）针对新型超大容量光纤传输系统架构的特点,提出运用DFT-S OFDM调制格式,在达到高频谱效率的同时,实现信号峰均功率比（PAPR）的降低,减轻光电器件和光纤传输中的非线性效应,并结合该调制格式实现了一系列相干光超大容量光纤传输系统实验。（2）在超大容量空分复用光纤传输系统领域,本文设计制造了一种3模式光纤,提出了利用同步头一致性校验峰值确定少模光纤中模式耦合和模式色散参数的创新方法,并由此确定了应用于少模光纤传输实验中DFT-S OFDM信号循环前缀的长度数值,设计实施了200Tbit/s相干光信号1公里少模光纤传输系统实验。在单模多芯光纤传输方面,分别本文沿着提升纤芯数量的技术路线先后设计制造了低耦合系数的单模7芯光纤和单模19芯光纤,分别实施了560Tbit/s相干光信号10公里传输系统实验以及1.068Pbit/s相干光信号单模19芯光纤传输系统实验。（3）为改进PAM-4调制的发送性能,提出了双二进制编码PAM-4调制格式,从而达到压缩PAM-4信号频谱宽度、提升频谱效率以及降低光纤色散和器件带宽对信号传输性能限制的目的。设计并实施了单通道112Gbit/s双二进制编码PAM-4信号12公里单模光纤传输实验,接收端仅使用一个50GSa/s采样速率的ADC模数转换器,系统整体的-3d B带宽仅为20GHz。在PAM-4信号的接收端,提出了一种较为简化的基于神经网络的非线性均衡接收算法,希望通过该算法提升PAM-4信号的接收性能。设计并实施了基于该神经网络接收算法的4×50 Gbit/s PAM-4信号传输80公里标准单模光纤实验,验证了该算法的可行性,且接收性能相比于常用的基于Volterra滤波器的非线性均衡算法获得了2d B的提升。（4）提出了一种简化型相干检测结构,降低了相干接收系统的成本与复杂度。紧接着,分别基于简化型相干结构和经典相干结构设计了新型超大容量相干WDM-PON系统架构。并针对这两种新型相干WDM-PON系统架构分别进行了实验验证,为相干接收技术在光接入网中的应用提供了有益的指导。实验结果形成的论文在2019年获得国际光通信领域顶级学术会议OFC高分论文称号。
乔铮[9]（2020）在《基于DWDM技术的邯郸永年本地二平面设计与实现》文中认为随着固网IP业务和移动4G业务的快速增长,运营商对传输网络带宽的需求变得越来越大,如何利用现有的物理资源提高通信系统的性价比和网络带宽,满足日益增长的多种业务需求己成为传输网络发展的焦点。永年撤县并区乡镇农村大发展,电信业务的重心已从语音业务转移到数据业务,导致一些人口密集型乡镇,家庭宽带上网和IPTV浏览感到卡顿,个别节点传输容量已接近饱和,构建可以承载多种业务的、高速率的新型网络,以满足用户的不同需求成为了当务之急。DWDM技术可以直接接入多种业务,同时也为通向未来全光传输网奠定了良好的基石,且适用于永年联通传输网络现状及移动产业的进一步发展,满足人们对信息日益膨胀的需求。2010年建设的永年中兴ZXMP M800波分系统,容量勉强满足人们网络需求,但个别节点已无法满足用户需求。永年联通公司二平面的构筑是为了解决现有永年传输网络所面临的许多设备已经老化、饱和的情况。主要研究工作如下:（1）从波分二平面设计角度出发,提出了基于DWDM技术的永年二平面设计方案。该设计方案综合考虑了中兴一平面的容量小与速率低,构建了大容量和高速率的光信号华为波分二平面传输网。在此基础上,研究了根据业务请求在网元节点对之间的传输距离需求,据实地为该请求提供最合理的网元格式,并以最小频隙位置为华为二平面完成频谱分配过程。这样既满足了业务的传输质量需求,同时还减少了业务请求的频谱资源消耗,提高了网络频谱资源利用率。（2）从波分二平面建设角度出发,提出了基于DWDM技术的永年二平面实施。该建设实施考虑到不同网元实际业务差异性,根据网络节点配置和规划原则,构建了环形网络节点配置下的20条光波道网。在此基础上,为增加不同速率业务之间的传输稳定性,测试了永年波分网络光放大单元收发光功率值,发现9网元实际输入功率趋近于理想输入功率,保障了网络上各波道指标良好,达到工程测试要求,同时还提升了业务请求的传输质量。
方文坛[10]（2020）在《高维光纤系统及其非线性研究》文中研究说明光纤技术自从问世以来,已经被广泛应用于通信、激光以及传感等领域。各种光学复用技术的出现,如波分复用技术、时分复用技术以及空分复用技术等,提高了光纤的信息容量,将光纤光学系统拓展至高维领域。高维光纤系统具有极大的信息容量、繁多的模式结构以及复杂的模间相互作用等特点。这些特性使得高维光纤系统成为研究与发展高速光通信技术和高功率激光技术的良好平台。时分复用与波分复用,是已经被广泛应用在传统光通信领域的复用技术。它们分别在时域与频域拓展光信号的自由度,以期望在更少的信道内获得更高的信息容量。当这些技术与新兴的量子信息技术相结合时,将诞生一种全新的高维光量子态。高维量子态在量子信息领域有着重要应用,不仅适用于复杂的高维量子计算,还可以运用到高维量子通信中,从而大幅提高量子信息容量。空分复用技术,采用空间维度复用光信号,是一种更为新型的复用技术,也是突破传统光纤通信系统瓶颈的下一代通信技术。单模光纤优良的单模性,使其一度成为光纤通信的首选介质。空分复用技术的光纤系统概念的提出,也预示着多模光纤的回归,多模光纤再次成为研究的热点。在各种类型的多模光纤中,一种可以用以稳定传输高维轨道角动量模式的光纤——涡旋光纤的提出,为下一代空间高维光纤通信系统的构建提供了新的途经。此外,在基于多模光纤的高维光纤系统中,一些物理现象与低维系统完全不同。基于高维光纤系统的非线性效应,得益于高维系统纷杂模式的相互作用,表现出更复杂的非线性效应。同时,由于多模光纤的大模场面积,高维光纤系统也更适用于构造高功率光纤激光器。因此,对于高维光纤系统中的非线性现象研究,以及其在激光技术以及量子信息等领域的应用是非常有意义的。本文的主要工作与研究成果如下:1、以设计的涡旋结构光纤作为非线性介质,采用轨道角动量与基模混合模式的1560nm飞秒脉冲激光泵浦,产生光谱范围926nm-2300nm的超连续谱结构。在超连续谱产生的过程中,观测到基模与轨道角动量模式的模间四波混频效应。经过详细的理论分析,首次证实了级联模内-模间四波混频的级联作用的存在。2、通过涡旋光纤色散调控的方式,可以控制光纤中传播轨道角动量模式的相位匹配条件。本章介绍了一种低串扰、高效率的轨道角动量模式的模内四波混频现象。特殊设计的涡旋光纤结构,综合考虑了轨道角动量模式稳定传输的线性特性和多种模式四波混频相位匹配的非线性特性。实验中测得基模与轨道角动量模式两套不同的的非线性增益谱,并且测量结果与理论计算的结果保持一致。3、提出了一种基于有源环形掺镱涡旋光纤的单高阶柱矢量模式输出的光纤激光器。本章中提出了一种基于多模速率方程的模型以解释这种光纤激光器的模式竞争行为,模式增益的计算结果证实了基于模式增益方式激光腔内选模方法的可行性。实验中,通过采用高阶模泵浦光以及特殊设计环形掺杂涡旋光纤结构结合的方式,实现了基于一种控制模式增益单一的高阶柱矢量模式输出的光纤激光器。最终,柱矢量激光器的斜率效率达到了 79.61%,阈值为47.73mw,且输出高阶柱矢量模式的纯度超过了 95%。这种新型的基于模式增益控制的激光器为实现高阶模式高功率光纤激光器提供了一种新的途经。4、将传统的光纤通信技术中的时分-波分复用技术与量子纠缠源的产生相结合,以硅基纳米线作为非线性介质,实现了一种新型的高维量子纠缠源。这种纠缠源可以分发至42个时间-波长信道,并且每个信道的干涉可见度都超过了 90%,极大提升了量子态携带的信息容量。同时,各个时间信道纠缠光子间的不可区分性通过Hong-ou-Mandal干涉验证,证明了这种高维纠缠时间维度间的独立性。本文的创新点如下:1、通过混合模式泵浦,在涡旋光纤中实现了 960nm-2300nm的轨道角动量模式的超连续谱。在多模超连续谱的产生过程中,观测到了一种模内-模间级联四波混频效应。实验中测量到的参量光谱边带与根据四波混频相位匹配条件计算得到的边带保持一致。2、设计涡旋光纤的结构参数,不仅保持了涡旋光纤支持轨道角动量稳定传输的特性,并且使得基模与轨道角动量模式的零色散点移动至1550nm附近,进而实现了一种多种模式的模内四波混频效应。同时,特殊的设计使得不同模式间的四波混频效应互不干扰,保持了参量放大的高信噪比。3、设计有源环形掺杂涡旋光纤,采用高阶模式泵浦,以调节多模模式相关增益的方式,结合激光腔内内部的模式竞争机制,产生了高效的柱矢量激光。建立基于多模速率方程理论的模型,数值模拟了模式增益控制对激光输出模式的影响,且计算结果与实验结果一致。4、利用传统光纤通信的时分-波分复用技术,产生了一种新型的高维量子纠缠态。这种纠缠态不仅最多可以分发至42个通信信道,而且各个时间信道的纠缠态保持相互独立。
二、密集波分复用技术及其应用（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、密集波分复用技术及其应用（论文提纲范文）
（1）面向多维复用的硅基亚波长结构集成光子器件研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 缩写和符号清单 |
| 1 绪论 |
| 1.1 硅基集成光子学概述 |
| 1.2 光互联中的多维复用 |
| 1.2.1 波分复用技术概述 |
| 1.2.2 偏振复用技术概述 |
| 1.2.3 模式复用技术概述 |
| 1.2.4 空间多维光通信技术概述 |
| 1.3 硅基亚波长结构集成光子器件的产生与发展 |
| 1.4 本文内容和创新点 |
| 2 硅基纳米波导与硅基亚波长结构的特性分析与数值仿真方法 |
| 2.1 硅基纳米波导的特性分析 |
| 2.1.1 基于有限差分频域方法的模式特性分析 |
| 2.1.2 基于有限差分时域方法的传输特性分析 |
| 2.2 硅基亚波长结构的特性分析 |
| 2.2.1 基于等效介质理论的折射率特性分析 |
| 2.2.2 基于平面波展开方法的能带特性分析 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 硅基集成光子器件的制作与测试 |
| 3.1 硅基集成光子器件的制作流程 |
| 3.2 基于光栅耦合器的垂直耦合测试系统 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 基于各向异性调控与色散调控的硅基偏振维度相关器件 |
| 4.1 基于亚波长光栅异质结的超宽带硅基偏振分束器 |
| 4.1.1 超宽带硅基偏振分束器设计 |
| 4.1.2 器件制作与性能测试 |
| 4.1.3 各类硅基偏振分束器的性能对比 |
| 4.2 基于亚波长光栅/弯曲波导混合结构的超宽带硅基起偏器 |
| 4.2.1 超宽带硅基起偏器设计 |
| 4.2.2 器件制作与性能测试 |
| 4.2.3 各类硅基起偏器的性能对比 |
| 4.3 基于亚波长光栅/缺角波导混合结构的超宽带硅基偏振旋转器 |
| 4.3.1 超宽带硅基偏振旋转器设计 |
| 4.3.2 各类硅基偏振旋转器的性能对比 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于等效介质折射率调控的硅基模式维度相关器件 |
| 5.1 基于浙变折射率模式转换器的硅基多模波导弯曲结构 |
| 5.1.1 多模弯曲传输中的模间串扰问题 |
| 5.1.2 硅基多模波导弯曲结构设计 |
| 5.1.3 低串扰弯曲结构连接的4通道模式复用系统测试 |
| 5.1.4 各类硅基多模波导弯曲结构的性能对比 |
| 5.2 基于Maxwell鱼眼透镜的硅基多模波导交叉结构 |
| 5.2.1 多模交叉传输中的模式相关损耗问题 |
| 5.2.2 硅基多模波导交叉结构设计 |
| 5.2.3 低损耗交叉结构连接的2通道模式复用系统测试 |
| 5.2.4 各类硅基多模波导交叉结构的性能对比 |
| 5.3 基于等效介质薄膜分束镜的硅基多模波导功分器 |
| 5.3.1 多模分束传输中的模间串扰问题 |
| 5.3.2 硅基多模波导功分器设计 |
| 5.3.3 各类硅基多模波导功分器的性能对比 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 基于连续区束缚态的硅基超光栅 |
| 6.1 连续区束缚态简介 |
| 6.2 面向波长维度调控的硅基超光栅滤波器 |
| 6.2.1 硅基超光栅滤波器设计 |
| 6.2.2 器件制作与性能测试 |
| 6.2.3 各类硅基光学滤波器的性能对比 |
| 6.3 面向空间多维光通信的硅基超光栅光学天线 |
| 6.3.1 硅基超光栅光学天线设计 |
| 6.3.2 器件制作与性能测试 |
| 6.3.3 各类硅基光栅天线的性能对比 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 作者在学期间取得的科研成果 |
（2）基于多芯光纤的多维高效光载无线系统的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 背景 |
| 1.2 无线接入网 |
| 1.2.1 无线接入网的演进 |
| 1.2.2 无线前传 |
| 1.3 前传可行方案分析 |
| 1.3.1 BBU/RRH功能重构 |
| 1.3.2 模拟光载无线前传技术 |
| 1.4 光载无线技术 |
| 1.4.1 光载无线系统 |
| 1.4.2 光载无线技术发展现状 |
| 1.5 论文研究意义与结构安排 |
| 第二章 多维度复用技术原理 |
| 2.1 基于多芯光纤的空分复用技术原理 |
| 2.1.1 传统光纤的结构 |
| 2.1.2 多芯光纤 |
| 2.2 波分复用技术 |
| 2.2.1 波分复用技术原理 |
| 2.2.2 波分复用/解复用器 |
| 2.3 空分复用结合波分复用的发展前景 |
| 2.4 小结 |
| 第三章 多制式无线信号多芯光纤传输技术研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 多制式无线信号多芯光纤传输 |
| 3.2.1 系统模型 |
| 3.2.2 实验配置方案 |
| 3.2.3 传输WLAN信号性能分析 |
| 3.2.4 传输LTE-TDD信号性能分析 |
| 3.3 多制式无线信号光纤-无线融合传输 |
| 3.3.1 系统模型 |
| 3.3.2 实验配置方案 |
| 3.3.3 传输WLAN信号性能分析 |
| 3.3.4 传输LTE-TDD信号性能分析 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 多波长多制式多通道光载无线技术研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 空分复用结合波分复用系统性能分析 |
| 4.2.1 系统模型 |
| 4.2.2 实验配置方案 |
| 4.2.3 传输WLAN信号性能分析 |
| 4.2.4 传输LTE-TDD信号性能分析 |
| 4.3 空分复用结合波分复用光纤-无线融合系统性能分析 |
| 4.3.1 系统模型 |
| 4.3.2 实验配置方案 |
| 4.3.3 传输WLAN信号性能分析 |
| 4.3.4 传输LTE-TDD信号性能分析 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 论文工作总结 |
| 5.2 未来研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
（3）基于多芯光纤的量子密钥分发网络资源分配技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 基于波分复用的共纤传输 |
| 1.3 基于空分复用的共纤传输 |
| 1.3.1 多芯光纤技术的研究进展 |
| 1.3.2 基于多芯光纤网络的共纤传输技术的研究进展 |
| 1.4 论文的研究内容 |
| 1.5 本文组织结构 |
| 第二章 基于多芯光纤的共纤传输技术 |
| 2.1 共纤传输技术原理 |
| 2.2 经典光网络中的芯间串扰 |
| 2.3 量子与经典光混传下的芯间串扰 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 多芯光纤网络中基于芯间串扰与频谱感知的资源分配策略 |
| 3.1 问题描述 |
| 3.2 低串扰纤芯分配辅助矩阵理论模型 |
| 3.3 针对量子业务请求与经典业务请求的路由与资源分配算法 |
| 3.3.1 量子业务请求的路由与资源分配算法 |
| 3.3.2 经典业务请求的路由与资源分配算法 |
| 3.4 仿真结果分析 |
| 3.4.1 仿真参数设定 |
| 3.4.2 仿真结果与分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 多芯光纤网络中基于量子密钥池状态感知的资源分配方案 |
| 4.1 问题描述 |
| 4.2 理论模型 |
| 4.2.1 量子密钥池 |
| 4.2.2 量子密钥池状态模型 |
| 4.3 基于量子密钥池状态感知的量子业务请求资源分配算法 |
| 4.3.1 针对实时量子业务请求的资源分配方法 |
| 4.3.2 针对非实时量子业务请求的资源分配方法 |
| 4.4 仿真结果分析 |
| 4.4.1 仿真参数设定 |
| 4.4.2 仿真结果与分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 多芯光纤网络中基于非合作博弈策略的资源分配模型 |
| 5.1 问题描述 |
| 5.2 资源定价模型 |
| 5.3 多芯光纤网络中基于非合作博弈的竞争策略 |
| 5.4 仿真结果分析 |
| 5.4.1 仿真参数设定 |
| 5.4.2 仿真结果与分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者攻读学位期间发表的学术论文 |
（4）针对片上光互连网络通信可靠性的研究与优化（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 片上光网络实现基础 |
| 1.2.2 片上光网络可靠性研究 |
| 1.2.3 光编码技术与光编码器 |
| 1.3 研究意义与主要研究内容 |
| 1.4 论文组织结构 |
| 第二章 片上光互连器件与关键基础理论 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 片上光互连基本器件 |
| 2.2.1 激光器 |
| 2.2.2 耦合器 |
| 2.2.3 光波导 |
| 2.2.4 微环谐振器 |
| 2.2.5 滤波器与调制器 |
| 2.2.6 光电探测器 |
| 2.2.7 光器件数值仿真方法 |
| 2.2.8 光器件优化理论 |
| 2.3 光波分复用理论基础 |
| 2.4 非线性四波混频效应 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 基于串扰特性的片上光互连网络通信可靠性分析与优化 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 光器件级串扰特性的分析与优化 |
| 3.2.1 物理结构模型 |
| 3.2.2 功率分析模型 |
| 3.2.3 传输特性分析 |
| 3.3 光路由器级串扰特性的分析与优化 |
| 3.3.1 串扰特性分析模型 |
| 3.3.2 光路由器结构优化 |
| 3.3.3 光路由器性能分析 |
| 3.4 光网络级串扰特性分析与理论建模 |
| 3.4.1 片上光Mesh与Torus网络 |
| 3.4.2 交换机制与路由协议 |
| 3.4.3 串扰特性分析与建模 |
| 3.5 片上光互连网络性能仿真与分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 片上光互连网络可靠性编码的研究与设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 片上光群计数编码器的设计与实现 |
| 4.2.1 理论基础 |
| 4.2.2 设计实现 |
| 4.2.3 功能验证 |
| 4.3 片上光群计数编码器的性能分析与比较 |
| 4.3.1 检错效率 |
| 4.3.2 能耗分析 |
| 4.3.3 面积开销 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于光编码技术的片上光互连网络通信可靠性分析与优化 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 片上可靠性光通信系统设计与优化 |
| 5.2.1 片上可靠性光通信系统设计 |
| 5.2.2 检错重传机制 |
| 5.2.3 重传机制优化 |
| 5.3 仿真分析与性能评估 |
| 5.3.1 数值仿真分析 |
| 5.3.2 通信可靠性评估 |
| 5.3.3 检错能力评估 |
| 5.3.4 功耗分析与评估 |
| 5.3.5 时延开销评估 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 本文工作总结 |
| 6.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士期间已发表的论文及专利 |
| 攻读博士期间参加的科研项目 |
（5）基于光子晶体和纳米线波导的波分—模分混合复用/解复用集成器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 专用术语注释表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 硅基片上复用/解复用器件的研究现状 |
| 1.2.1 硅基片上波分复用/解复用器件 |
| 1.2.2 硅基片上模分复用/解复用器件 |
| 1.2.3 硅基片上波分-模分混合复用/解复用器件 |
| 1.3 论文的主要研究内容和创新点 |
| 1.3.1 主要研究内容与章节安排 |
| 1.3.2 论文的创新点 |
| 第二章 波分、模分复用/解复用器件中的耦合模理论 |
| 2.1 波分复用/解复用器件中的耦合模理论 |
| 2.1.1 直接耦合型 |
| 2.1.2 侧耦合型 |
| 2.1.3 三端口下载型 |
| 2.1.4 反射壁下载型 |
| 2.1.5 反射腔下载型 |
| 2.2 模分复用/解复用器件中的耦合模理论 |
| 2.2.1 普适的波导间耦合模方程 |
| 2.2.2 单模波导与单模波导耦合的情况 |
| 2.2.3 单模波导与多模波导耦合的情况 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 模式匹配对光学微腔与波导间耦合特性的影响 |
| 3.1 微腔与波导耦合结构的设计与制作 |
| 3.2 耦合原理分析 |
| 3.3 微腔与波导的侧耦合实验及结果分析 |
| 3.3.1 实验装置的搭建 |
| 3.3.2 实验结果与分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 硅基光子晶体波分复用/解复用器件 |
| 4.1 基于一维光子晶体纳米梁腔的波分复用/解复用器 |
| 4.1.1 一维光子晶体纳米梁腔 |
| 4.1.2 双信道波分复用/解复用器的理论模型 |
| 4.1.3 双信道粗波分复用/解复用器的结构设计与性能分析 |
| 4.1.4 双信道密集波分复用/解复用器的结构设计与性能分析 |
| 4.2 基于二维光子晶体双反射壁腔的波分复用/解复用器 |
| 4.2.1 双反射壁腔型滤波器的理论模型 |
| 4.2.2 双反射壁腔型滤波器的结构设计与性能分析 |
| 4.2.3 三信道密集波分复用/解复用器的理论模型 |
| 4.2.4 三信道密集波分复用/解复用器的结构设计与性能分析 |
| 4.2.5 性能优化 |
| 4.3 基于二维光子晶体双色腔的波分复用/解复用器 |
| 4.3.1 基于Aubry-André模型的二维光子晶体双色腔 |
| 4.3.2 双信道密集波分复用/解复用器的结构设计与性能分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 硅基光子晶体及纳米线波导模分复用/解复用器件 |
| 5.1 硅基光子晶体波导模分复用/解复用器 |
| 5.1.1 光子晶体波导的模式耦合特性 |
| 5.1.2 光子晶体模分复用/解复用器的理论模型与结构设计 |
| 5.1.3 光子晶体模分复用/解复用器的耦合传输谱研究 |
| 5.2 硅基纳米线波导模分复用/解复用器 |
| 5.2.1 纳米线波导的模式耦合特性 |
| 5.2.2 纳米线波导模分复用/解复用器的结构设计与性能分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 硅基片上波分-模分混合复用/解复用器件 |
| 6.1 硅基片上粗波分-模分混合复用/解复用器 |
| 6.1.1 四信道粗波分-模分混合复用/解复用器的理论模型 |
| 6.1.2 四信道粗波分-模分混合复用/解复用器的结构设计与性能分析 |
| 6.2 硅基片上密集波分-模分混合复用/解复用器 |
| 6.2.1 四信道密集波分-模分混合复用/解复用器的理论模型 |
| 6.2.2 四信道密集波分-模分混合复用/解复用器的结构设计与性能分析 |
| 6.3 硅基片上波分-模分混合复用/解复用器的信道数目拓展 |
| 6.3.1 九信道密集波分-模分混合复用/解复用器的理论模型 |
| 6.3.2 九信道密集波分-模分混合复用/解复用器的结构设计与性能分析 |
| 6.4 硅基片上波分-模分混合复用/解复用器的信道间隔缩小 |
| 6.4.1 小信道间隔的密集波分-模分混合复用/解复用器的理论模型 |
| 6.4.2 小信道间隔的密集波分-模分混合复用/解复用器的结构设计与性能分析 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读博士学位期间撰写的论文 |
| 附录2 攻读博士学位期间申请的专利 |
| 附录3 攻读博士学位期间参加的科研项目 |
| 致谢 |
（6）光电振荡器及其应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 微波光子信号产生技术概述 |
| 1.2.1 非线性调制倍频 |
| 1.2.2 光学拍频 |
| 1.2.3 光电振荡器 |
| 1.3 光电振荡器发展现状 |
| 1.3.1 光电振荡器典型技术 |
| 1.3.2 光电振荡器典型应用 |
| 1.4 主要研究内容和章节安排 |
| 1.4.1 主要研究内容 |
| 1.4.2 章节安排 |
| 第二章 光电振荡器理论基础 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光电振荡器技术指标 |
| 2.2.1 相位噪声 |
| 2.2.2 频率稳定度 |
| 2.2.3 噪声谱与阿伦方差之间的关系 |
| 2.3 单环结构光电振荡器振荡特性研究 |
| 2.3.1 单环结构光电振荡器频谱特性 |
| 2.3.2 单环结构光电振荡器相位噪声特性 |
| 2.4 注入锁定结构光电振荡器振荡特性研究 |
| 2.4.1 注入锁定结构光电振荡器频谱特性 |
| 2.4.2 注入锁定结构光电振荡器相位噪声特性 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 光电振荡器的相位噪声测试方法研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 微波源相位噪声测试方案 |
| 3.2.1 相位噪声测试方案概述 |
| 3.2.2 光子延时互相关相位噪声测试方案 |
| 3.2.3 基于波分复用技术的光子延时互相关相位噪声测试方案 |
| 3.3 光电振荡器相位噪声测试 |
| 3.3.1 基于波分复用技术的光电振荡器 |
| 3.3.2 基于光子延时互相关技术的光电振荡器相位噪声测试方案 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 新型光电振荡器 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于注入锁定和延时补偿的光电振荡器 |
| 4.2.1 模型及工作原理 |
| 4.2.2 实验结果分析 |
| 4.3 基于宇称-时间对称原理的光电振荡器 |
| 4.3.1 宇称-时间对称的选模机制 |
| 4.3.2 宇称-时间对称光纤激光器 |
| 4.3.3 宇称-时间对称光电振荡器 |
| 4.4 双频输出光电振荡器 |
| 4.4.1 模型及工作原理 |
| 4.4.2 实验结果分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 光电振荡器应用研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 光电振荡器应变传感研究 |
| 5.2.1 模型及工作原理 |
| 5.2.2 实验结果分析 |
| 5.3 光电振荡器远距离位移传感研究 |
| 5.3.1 模型及工作原理 |
| 5.3.2 实验结果分析 |
| 5.4 光电振荡器准分布式传感结构 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 全文总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 论文的主要创新点 |
| 6.3 工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
（7）基于激光干涉融合的分布式振动传感技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 分布式光纤振动传感技术研究现状 |
| 1.2.1 干涉型分布式光纤振动传感技术 |
| 1.2.2 后向散射型分布式光纤振动传感技术 |
| 1.2.3 分布式光纤振动传感技术发展现状及其瓶颈问题 |
| 1.3 本文的研究意义及主要研究内容 |
| 第2章 基于激光干涉的分布式振动传感技术原理及其性能影响因素分析 |
| 2.1 非对称双马赫-曾德干涉型分布式振动传感技术原理 |
| 2.1.1 光纤振动传感模型 |
| 2.1.2 振动检测原理 |
| 2.1.3 非对称干涉光路结构及其后向散射噪声滤除原理 |
| 2.1.4 长臂干涉结构的非对称性对振动位置解调的影响机理 |
| 2.2 非对称双马赫-曾德干涉型分布式振动传感技术性能影响因素分析 |
| 2.2.1 振动检测性能影响因素分析 |
| 2.2.2 定位性能影响因素分析 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 非对称双马赫-曾德干涉型分布式振动传感性能提升处理方法研究 |
| 3.1 端点检测技术 |
| 3.1.1 基于VMD的高精度端点检测方法 |
| 3.1.2 实验验证及分析 |
| 3.2 振动定位信号处理技术 |
| 3.2.1 基于S变换的高精度定位算法 |
| 3.2.2 实验验证及分析 |
| 3.2.3 基于改进3×3 耦合器解调的快速定位算法 |
| 3.2.4 实验验证及分析 |
| 3.3 基于概率分析的多事件识别技术 |
| 3.3.1 基于多尺度排列熵与过零率融合的混合特征提取方法 |
| 3.3.2 基于概率模型的多事件识别算法 |
| 3.3.3 事件识别实验结果分析与讨论 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于激光干涉与φ-OTDR融合的分布式振动传感技术研究 |
| 4.1 基于后向瑞利散射的φ-OTDR |
| 4.1.1 光纤中的后向瑞利散射效应 |
| 4.1.2 基于后向瑞利散射的φ-OTDR基本原理 |
| 4.1.3 φ-OTDR的信号预处理 |
| 4.1.4 φ-OTDR的频率响应影响因素分析 |
| 4.2 基于马赫-曾德干涉与φ-OTDR融合的分布式振动传感技术 |
| 4.2.1 系统光路设计及其工作原理 |
| 4.2.2 初始相位差与振动幅度大小的影响机理 |
| 4.2.3 振动测量实验 |
| 4.2.4 实验结果分析与讨论 |
| 4.3 基于反馈环干涉与φ-OTDR融合的单光纤分布式振动传感技术 |
| 4.3.1 系统光路设计及工作原理 |
| 4.3.2 振动测量实验 |
| 4.3.3 实验结果分析与讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 基于激光干涉与φ-OTDR融合的分布式振动传感系统仪器化研究 |
| 5.1 总体设计 |
| 5.2 系统硬件模块 |
| 5.2.1 光源模块 |
| 5.2.2 传感模块 |
| 5.2.3 探测模块 |
| 5.2.4 信号发生模块 |
| 5.2.5 采集处理模块 |
| 5.2.6 电源模块 |
| 5.3 整机设计 |
| 5.4 系统软件 |
| 5.5 实验验证与分析 |
| 5.6 现场测试 |
| 5.7 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和科研情况说明 |
| 致谢 |
（8）新型超高速、超大容量光纤通信系统架构的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 选题的研究意义 |
| 1.2 光纤通信的兴起与发展 |
| 1.3 超高速、超大容量光纤通信系统架构的研究背景及现状 |
| 1.4 超高速、超大容量光纤通信系统架构中的关键技术 |
| 1.5 论文的主要工作和结构安排 |
| 2 相干光超大容量光纤传输系统架构的研究与实验 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 相干光超大容量光纤传输系统架构中的关键技术研究 |
| 2.3 100Tbit/s相干光DFT-S OFDM单模光纤传输系统实验 |
| 2.4 200Tbit/s相干光DFT-S OFDM少模光纤传输系统实验 |
| 2.5 560Tbit/s相干光DFT-S OFDM单模7 芯光纤传输系统实验 |
| 2.6 1Pbit/s相干光DFT-S OFDM单模19 芯光纤传输系统实验 |
| 2.7 本章小节及主要创新点 |
| 3 超高速PAM-4调制城域网系统架构的研究与实验 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 超高速PAM-4调制城域网系统架构中的新型收发技术研究 |
| 3.3 双二进制编码PAM-4信号单模光纤传输实验 |
| 3.4 基于神经网络接收算法的PAM-4信号单模光纤传输实验 |
| 3.5 本章小节及主要创新点 |
| 4 超大容量相干WDM-PON系统架构的研究与实验 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 适用于接入网的相干调制解调技术及波分复用架构的研究 |
| 4.3 基于新型简化相干结构的UDWDM-PON实验 |
| 4.4 基于经典相干结构的实时UDWDM-PON实验 |
| 4.5 本章小节及主要创新点 |
| 5 总结与展望 |
| 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 攻读博士学位期间发表的专利目录 |
| 附录3 攻读博士学位期间参与项目 |
| 附录4 论文中英文缩写简表 |
| 附录5 1Pbit/s系统实验平台及第三方检测报告 |
（9）基于DWDM技术的邯郸永年本地二平面设计与实现（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景及意义 |
| 1.2 DWDM国内外研究现状 |
| 1.3 论文结构及内容安排 |
| 第2章 DWDM技术介绍 |
| 2.1 DWDM技术简介 |
| 2.2 常见通信传输技术对比 |
| 2.3 DWDM原理概述 |
| 2.3.1 DWDM技术原理 |
| 2.3.2 DWDM技术优缺点 |
| 2.4 DWDM的组网关键技术 |
| 2.4.1 DWDM网络结构 |
| 2.4.2 DWDM组网设计 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于DWDM技术的邯郸永年本地网二平面总体设计 |
| 3.1 城域本地网概述 |
| 3.2 工程实施的背景与必要性 |
| 3.3 现有网络及业务现状简要说明 |
| 3.3.1 固网业务传输系统现状 |
| 3.3.2 移动网传输系统现状 |
| 3.4 系统需求分析 |
| 3.4.1 固网系统业务需求分析 |
| 3.4.2 移动网系统业务需求分析 |
| 3.5 本工程设计 |
| 3.5.1 波道配置 |
| 3.5.2 节点类型选取 |
| 3.6 DWDM网络保护方案 |
| 3.7 DWDM网络监控的实现方案 |
| 3.7.1 全网网元ID规划 |
| 3.7.2 DWDM网络监控通道的实现 |
| 3.8 本章小结 |
| 第4章 邯郸永年DWDM系统二平面建设的实施 |
| 4.1 设备选型 |
| 4.2 ID及波道配置 |
| 4.3 DWDM模块配置 |
| 4.4 单站配置示例 |
| 4.5 永年DWDM网络放大单元收光功率理想值计算 |
| 4.6 永年DWDM网络放大单元系统调测 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 网络性能测试与总体评价 |
| 5.1 网络性能测试 |
| 5.2 10 GE通道性能测试 |
| 5.2.1 测试概述 |
| 5.2.2 测试方法和结果分析 |
| 5.3 10 GE单波道保护测试 |
| 5.3.1 测试概述 |
| 5.3.2 测试方法和结果分析 |
| 5.4 OSC监控通道保护测试 |
| 5.4.1 测试概述 |
| 5.4.2 测试方法和结果分析 |
| 5.5 网络总体评价 |
| 5.6 小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表论文和参加科研情况 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（10）高维光纤系统及其非线性研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| 英文摘要 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 高维结构光场——涡旋光束简介 |
| 1.2.1 柱矢量光束 |
| 1.2.2 轨道角动量光束 |
| 1.3 高维光纤系统传输介质——涡旋光纤简介 |
| 1.3.1 光纤中的涡旋光 |
| 1.3.2 涡旋光纤的设计原理 |
| 1.3.3 涡旋光纤的应用 |
| 1.4 光纤中的非线性效应研究 |
| 1.4.1 光纤中的非线性效应 |
| 1.4.2 光纤中的非线性传输模型 |
| 1.4.3 多模光纤的非线性理论模型 |
| 1.5 本论文的主要工作 |
| 参考文献 |
| 第2章 涡旋光纤产生超连续谱的实验研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 超连续谱的产生 |
| 2.2.1 超连续谱的研究进展 |
| 2.2.2 多模光纤产生超连续谱 |
| 2.2.3 涡旋光纤产生超连续谱 |
| 2.3 超连续谱的产生过程的解构 |
| 2.3.1 自相位调制与交叉相位调制 |
| 2.3.2 孤子的非线性效应 |
| 2.3.3 调制不稳定性与四波混频效应 |
| 2.4 涡旋光纤设计及实验装置 |
| 2.4.1 涡旋光纤结构及参数 |
| 2.4.2 实验装置示意图 |
| 2.5 涡旋光纤产生超连续谱 |
| 2.5.1 超连续谱实验结果 |
| 2.5.2 级联模间四波混频现象 |
| 2.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第3章 涡旋光纤中轨道角动量光束的四波混频 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 光纤中四波混频的基本原理 |
| 3.2.1 单模光纤四波混频理论 |
| 3.2.2 多模光纤四波混频理论 |
| 3.3 涡旋光纤设计及实验方法 |
| 3.3.1 涡旋光纤设计及色散控制 |
| 3.3.2 轨道角动量光四波混频实验装置 |
| 3.4 实验结果及讨论 |
| 3.4.1 涡旋光纤传输特性测试 |
| 3.4.2 轨道角动量四波混频实验结果 |
| 3.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第4章 基于模式相关增益控制的高阶柱矢量光纤激光器 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 光纤激光器速率方程理论 |
| 4.2.1 强泵浦条件下光纤激光器速率方程理论 |
| 4.2.2 光纤激光器多模速率方程理论 |
| 4.3 有源光纤设计及激光器的结构 |
| 4.3.1 环形有源光纤设计 |
| 4.3.2 激光器的结构设计 |
| 4.4 实验结果及讨论 |
| 4.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第5章 基于高维光纤系统的量子纠缠源 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 量子纠缠态相关理论 |
| 5.2.1 光子纠缠态 |
| 5.2.2 高维纠缠态 |
| 5.2.3 time-bin 纠缠态 |
| 5.3 时分-波分高维纠缠态的制备及分发 |
| 5.3.1 实验设计方案 |
| 5.3.2 实验结果 |
| 5.4 光子对的不可区分性检测 |
| 5.4.1 时分信道光子对的Hong-Ou-Mandel干涉 |
| 5.4.2 干涉可见度的衰减原因分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第6章 论文总结与展望 |
| 6.1 论文总结 |
| 6.2 论文展望 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
四、密集波分复用技术及其应用（论文参考文献）
- [1]面向多维复用的硅基亚波长结构集成光子器件研究[D]. 许弘楠. 浙江大学, 2021(01)
- [2]基于多芯光纤的多维高效光载无线系统的研究[D]. 孙聪雅. 北京邮电大学, 2021(01)
- [3]基于多芯光纤的量子密钥分发网络资源分配技术研究[D]. 李书锋. 北京邮电大学, 2021(01)
- [4]针对片上光互连网络通信可靠性的研究与优化[D]. 宋婷婷. 西南大学, 2021(01)
- [5]基于光子晶体和纳米线波导的波分—模分混合复用/解复用集成器件研究[D]. 庄煜阳. 南京邮电大学, 2020
- [6]光电振荡器及其应用研究[D]. 范志强. 电子科技大学, 2020(03)
- [7]基于激光干涉融合的分布式振动传感技术研究[D]. 马鹏飞. 天津大学, 2020(01)
- [8]新型超高速、超大容量光纤通信系统架构的研究[D]. 罗鸣. 华中科技大学, 2020
- [9]基于DWDM技术的邯郸永年本地二平面设计与实现[D]. 乔铮. 河北工程大学, 2020(08)
- [10]高维光纤系统及其非线性研究[D]. 方文坛. 中国科学技术大学, 2020(01)