高速光接入网系统关键技术的研究(特邀)

传统的光接入网速率已经无法满足快速增长的互联网流量需求。文章针对当前无源光接入网的发展状况,重点介绍了单波长25Gbit/s光接入、单波长50Gbit/s光接入和相干光接入这三种光接入网速率升级的主流技术,分析了其各自的优缺点,并介绍了我们研发团队在这些方面取得的部分进展

基于高速相位调制器的超快偏振控制

在现代光通信系统中,快响应速度的偏振控制在如扰偏和稳偏等技术的相关研究中有着极大的需求。然而,目前的偏振控制器由于材料和结构等因素的影响,响应速度最快只能在ns级别,这成为偏振相关研究的主要瓶颈。文章介绍了一种基于商用低速电控偏振控制器和高速相位调制器的新型光学结构来实现超快的偏振控制。实验验证并分析了两个正交光场分量在振幅差缓慢变化和相位差快速变化同时进行的情况下,庞加莱球上的偏振态变化轨迹。实验结果表明,此方法大大提高了偏振控制的响应速度,为更好性能的扰偏和稳偏技术提供了有力的支持

基于特定色散曲线的全光混沌频谱展宽

全光混沌因其结构简单,混沌信号具有类噪声、不可预测等特点被广泛应用于保密通信领域和真随机数发生器领域。文章提出利用特定色散曲线的相位作用与激光器的内外腔的非线性效应来平坦化混沌信号的频谱,从而实现高带宽的混沌信号,同时能够在一定程度上减弱混沌信号的内在相关性。首先搭建了传统的全光混沌结构,分析其频谱特征,然后在该系统结构的外腔环内通过色散补偿器件引入了所设计的特定色散曲线,最后对比分析了不同色散曲线情况下对全光混沌信号频谱的影响。实验结果证明了该方案能够展宽全光混沌信号的频谱

基于神经网络同步的全光混沌通信

全光混沌由于产生结构简单和混沌复杂度高等特点,在混沌保密通信中起着重要的作用。由于全光混沌需要发射端与接收端激光器参数几乎完全一致才可达到很好的同步效果,一直没有在保密通信方向取得很好的应用。文章提出了一种利用神经网络对激光器进行建模同步的方法,在发射端利用大量已知混沌信号和混沌加密信号对神经网络进行训练,得到一个与发射端激光器结构相似的神经网络模型,在接收端利用此神经网络模型对加密信息进行解密,并通过实验成功对5 Gbit/s信号进行了混沌加密和解密。此方法大大降低了全光混沌同步的复杂度,并为点到多点全光混沌通信提供了可能

温度对L波段EDFA增益斜率影响的实验研究

实用的L波段EDFA（掺铒光纤放大器）常采用多段铒纤和多泵浦的复杂结构。对一种复杂结构的L波段EDFA的温度特性进行了实验研究,发现在不同的输入光功率下,L波段短波侧（约1 570～1 582nm）的增益谱可按相反的方式随温度而变化,并从理论上解释了此现象。实验结果表明,铒纤的温度和增益斜率之间仍然存在很好的线性关系。控制铒纤温度就可以调整L波段EDFA的增益斜率,获得平坦的增益

基于互信息量估计的几何与概率联合整形技术

针对正交振幅调制在高信噪比的加性高斯白噪声(AWGN)信道与香农极限有1.53 dB容量间隙的问题，文章提出了一种基于互信息量估计的几何与概率联合整形的方法，将几何整形与概率整形相结合，提升通信系统的互信息量。文章将互信息量估计作为计算系统互信息量的方式，以最大化互信息量为目的训练发端的编码器，实现几何整形与概率整形。通过在不同信噪比下AWGN信道中的仿真，验证了基于互信息量估计的几何与概率联合整形系统的性能要优于单独进行几何整形或概率整形的性能。在信噪比为10 dB的AWGN信道中，系统的互信息量与几何整形相比有0.041 7 bit/symbol的增益，与概率整形相比有0.027 9 bit/symbol的增益

基于FPGA的混沌神经网络同步实时实现

混沌作为一种非周期、类随机以及初值敏感的非线性动力学现象，是保密通信重要的传输载体。针对传统的混沌同步方式结构复杂和实现难度大的问题，文章提出通过现场可编程门阵列（FPGA）实现神经网络的方法来对混沌进行同步。在发射端使用FPGA，根据洛伦兹状态方程生成混沌信号，并对传输信号进行实时加密，利用神经网络对混沌发射系统进行精确的数学建模，在接收端通过训练好的神经网络模型对信号进行解密，并将神经网络模型在FPGA上验证通过，最终成功实现了对10 Mbit/s信号的实时加密和解密。该方法极大简化了混沌保密通信系统的同步结构，为点对多点的实时混沌保密通信提供了可能

混沌保密光通信技术在电力通信网中的应用

混沌信号以其宽带、类噪声以及不可长期预测的特性在保密通信领域获得了广泛的关注。文章提出利用混沌保密光通信技术来保障电力通信网中的传输安全性,首先搭建了传统的基于光-电-光结构的混沌光加密装置,研究该混沌保密光通信系统在电力通信网中应用可能存在的安全问题,针对传统方案中时延特征的安全性问题,提出了消除混沌时延特征参数的方案,并通过实验验证了混沌时延特征参数的隐藏。同时,针对参数估计的攻击方式,分析了混沌保密光通信系统的安全性能。而对于暴力破解,分析了该方案的密钥空间,证明该方案的密钥空间获得极大的扩展,说明了暴力破解的困难性,证明了该方案可在电力通信网中保障传输的安全性

数字混沌抗干扰激光雷达设计

针对传统混沌激光雷达系统结构复杂和成本高的问题，文章提出了采用现场可编程门阵列（FPGA）和任意波形发生器（AWG）两种发射方案，基于改进的Logistic映射公式实时动态生成数字混沌信号。将在电上生成的数字信号调制到直调激光器上生成光域的混沌信号，混沌光信号作为激光雷达发射信号，进而配合光学收发系统搭建成套的激光雷达探测系统，对一个反射率为50%的待测物进行距离测量，无需复杂的光学结构即可实现厘米级别的准确测距。通过实验比较连续和二值化处理后的混沌信号测距效果，发现二值化混沌信号的测距准确度比连续混沌高一倍以上，对于不同频率下的方波、正弦波和混沌干扰信号具有更强的抗干扰能力，展现出更大的应用优势

基于分形理论的塔克拉玛干沙漠腹地自然植物根系构型特征分析[J]

采用全根挖掘法挖取塔克拉玛干沙漠腹地3种典型自然植物-塔克拉玛干柽柳(Tamarix taklamakanensis)、塔干沙拐枣(Calligonum roborovskii)、罗布麻(Apocynum venetum)成年植株根系,运用分形理论分析其构型特征。结果表明:(1)塔克拉玛干沙漠腹地3种植物根系均以水平分布为主,根系浅层化特征显著。(2)塔克拉玛干柽柳、塔干沙拐枣和罗布麻根系分形维数分别为1.31±0.05、1.22±0.06、1.14±0.07,分形维数的显著差异表明了3种植物根系分支状况的差异。(3)3种植物根系分支前后横截面积比分别为0.95,1.04和1.06,表明根系具..