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中国地球物理学会地球物理技术委员会第九届学术会议—全域地球物理探测与智能感知学术研讨会

作者：朱兰鑫操玉文陈彦钧阳春霞周桐张丁凡李正斌北京大学信息科学技术学院区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室杭州友孚科技有限公司

随着地震学的发展,旋转地震波被证实存在且包含潜在的地震信息,基于Sagnac效应的传感仪器使得直接测量旋转运动成为可能。本文展示了一种基于干涉光纤陀螺仪（IFOG）的便携式三分量宽带旋转地震仪,其自噪声在0.005～125Hz频段内约为1.2&... 详细信息

随着地震学的发展,旋转地震波被证实存在且包含潜在的地震信息,基于Sagnac效应的传感仪器使得直接测量旋转运动成为可能。本文展示了一种基于干涉光纤陀螺仪（IFOG）的便携式三分量宽带旋转地震仪,其自噪声在0.005～125Hz频段内约为1.2×10～7rad s/（Hz）,标度系数非线性度在-250°/s～+250°/s范围内低于10ppm（百万分之一）。通过人工源地震实验,对比平移加速度记录的数据表明,三分量旋转地震仪可以获得良好的一致性。本文所研制的三分量旋转地震仪的性能及实验结果证明,光纤陀螺仪正成为探测地震旋转运动的首选仪器。

关键词：旋转地震仪三分量光纤陀螺人工源地震旋转地震学

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基于分布式光纤声波传感的管道泄漏监测

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光学学报 2019年第10期39卷 111-117页

作者：王辰刘庆文陈典李赫梁文博何祖源上海交通大学电子工程系区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室上海200240 朴牛(上海)科技有限公司上海200240

提出一种基于高保真分布式光纤声波传感器的油气管线泄漏在线监测技术,介绍了该型光纤声波传感器的测量原理和技术优势,利用该传感器在模拟的管道泄漏实验场中实现了对输气管道泄漏的精确监测和定位。针对现场环境复杂、背景噪声强等问... 详细信息

提出一种基于高保真分布式光纤声波传感器的油气管线泄漏在线监测技术,介绍了该型光纤声波传感器的测量原理和技术优势,利用该传感器在模拟的管道泄漏实验场中实现了对输气管道泄漏的精确监测和定位。针对现场环境复杂、背景噪声强等问题,采用小波降噪算法进一步提升了泄漏事件的检测灵敏度,实现对加压0.05 MPa气体泄漏的准确检测。实验结果表明,本系统在油气管道安全监测领域具有优越的性能和良好的发展前景。

关键词：光纤光学分布式声波传感泄漏检测小波降噪

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光纤端的等离激元探测技术

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激光与光电子学进展 2019年第20期56卷 41-58页

作者：杨天陈成王晓丹周鑫雷泽雨上海交通大学电子信息与电气工程学院区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室

尝试对两类典型的光纤端集成等离激元探测技术的发展进行回顾与梳理,并结合作者的科研实践对本领域未来工作的重点和潜在价值进行讨论。第一类技术是在光纤的端平面集成等离激元谐振传感结构,尤其是等离激元微腔。这种器件既能够插进微... 详细信息

尝试对两类典型的光纤端集成等离激元探测技术的发展进行回顾与梳理,并结合作者的科研实践对本领域未来工作的重点和潜在价值进行讨论。第一类技术是在光纤的端平面集成等离激元谐振传感结构,尤其是等离激元微腔。这种器件既能够插进微量样品通过dip-and-read方式进行生物分子传感,也能够伸入狭小的空间进行超声内窥探测。未来,如何在秉持方便、快速核心价值的基础上,解决复杂样品中低含量分子检测的难题,是这类器件进入医学诊断和食品检验应用领域的关键;而如何大幅提高表面等离激元谐振传感器对声信号的灵敏度,是实现具有重要应用价值的光纤表面等离激元谐振水听器阵列的关键。第二类技术是在锥形光纤尖端集成等离激元天线探针。结合各种扫描探针显微技术,这种器件提供了对等离激元天线的高精度动态调控能力,及通过等离激元热点与样品的强烈作用进行高分辨扫描成像的能力。未来,通过对天线探针和可测量物理量的创新研究,有望进一步扩展可表征物理和化学现象的范围,显著提升表征性能。

关键词：表面光学等离激元微腔等离激元天线光纤集成生物传感水听器扫描探针显微技术

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硅基光电计算

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中国激光 2020年第6期47卷 1-15页

作者：周治平许鹏飞董晓文北京大学信息科学技术学院电子系区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室北京100871 北京大学深圳研究院广东深圳518057 北京大学纳光电子前沿科学中心北京100871 华为技术有限公司中央研究院数据中心技术实验室广东深圳518000

数十年来,人们一直在探索基于光的计算体系,期望通过光的特性,突破电子计算机的局限,从而提高计算速度和降低能耗。然而,传统光计算由于缺乏有效的逻辑、存储、互连单元,以及合理的应用场景,光计算止步于概念研究阶段。在当今大数据时... 详细信息

数十年来,人们一直在探索基于光的计算体系,期望通过光的特性,突破电子计算机的局限,从而提高计算速度和降低能耗。然而,传统光计算由于缺乏有效的逻辑、存储、互连单元,以及合理的应用场景,光计算止步于概念研究阶段。在当今大数据时代的推动下,信息通量及用量呈爆炸性增长。具有高集成度、大带宽、低成本、低能耗特征的硅基光电子技术应运而生,日趋成熟,并且验证了光电融合这一信息技术发展的趋势。光计算也随之向光电计算转变。分析近年来硅基光电子技术在光电计算方面的应用和发展,如在人工神经网络、非多项式时间复杂度难题的启发式算法、光电模拟计算、集成光电量子处理器和神经拟态计算等,重点论述了硅基光电子技术在促进光电计算的信息连接、数据处理和实用化演进等方面的优势,提出了硅基光电计算概念及初级系统,以突破传统电子技术或光子技术在计算方面的不足及其在人工智能等高性能计算领域中的限制。

关键词：光计算硅基光电子硅基光电计算硅光人工智能光电人工神经网络硅光模拟计算

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能量收集无线传感器网络中的排队分析

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电讯技术 2019年第11期59卷 1246-1252页

作者：寇名扬叶通上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室

在能量收集无线传感器网络中,节点可充电电池的容量和缓存大小会直接影响系统性能。因此,正确理解电池容量和缓存大小对性能产生的影响,对节点的设计具有重要意义。然而现有文献通常把数据到达和能量到达简化成泊松过程,无法刻画传感器... 详细信息

在能量收集无线传感器网络中,节点可充电电池的容量和缓存大小会直接影响系统性能。因此,正确理解电池容量和缓存大小对性能产生的影响,对节点的设计具有重要意义。然而现有文献通常把数据到达和能量到达简化成泊松过程,无法刻画传感器数据和能量到达均具有突发性的实际情况。为了准确刻画数据和能量的到达过程,采用两状态Markov调制的on-off流模型描述数据和能量的突发到达过程,利用虚拟队列刻画数据缓存的占用情况和能量状态之间的相关性,并对虚拟队列进行排队分析,得到丢包率和平均延迟的表达式。通过数值研究和仿真验证了不同数据缓冲区大小、电池大小对传感器性能的影响,并针对不同数据到达突发度提出了缓冲区大小和电池大小的设置建议。

关键词：无线传感器网络能量收集排队分析两状态Markov on-off流模型

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基于二维投影直方图导频辅助的相干光正交频分复用系统公共相位误差噪声补偿算法

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光学学报 2019年第11期39卷 59-68页

作者：杨国伟叶玮胜毕美华滕旭阳曾然胡淼杭州电子科技大学通信工程学院浙江杭州310018 上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室上海200240

提出一种用于相干光正交频分复用系统的公共相位噪声补偿算法。该算法采用二维投影直方图的公共相位噪声盲估计方法,并充分结合了基于导频的相位噪声估计方法,实现了对公共相位噪声的有效补偿。利用少量的梳状导频对频域符号的公共相位... 详细信息

提出一种用于相干光正交频分复用系统的公共相位噪声补偿算法。该算法采用二维投影直方图的公共相位噪声盲估计方法,并充分结合了基于导频的相位噪声估计方法,实现了对公共相位噪声的有效补偿。利用少量的梳状导频对频域符号的公共相位噪声进行初始估计和补偿;再将初始补偿后的频域符号的星座图映射到二维数字图像,利用二维投影直方图进行更精细的公共相位噪声补偿。为了验证算法性能,搭建了基于MATLAB和OptiSystem的20 Gbit/s仿真系统,并在标准单模光纤中传输50 km。结果表明,该算法能有效解决投影直方图盲估计算法以π/2为周期的偏差问题,而且仅需少量的导频就能实现比传统导频辅助算法更高的误码性能。

关键词：光通信相干光正交频分复用公共相位噪声投影直方图导频

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OFDM-PON系统中基于混沌的细胞自动机加密算法

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杭州电子科技大学学报（自然科学版） 2021年第2期41卷 40-47,62页

作者：卓先好楼丁溧毕美华胡志蕊杭州电子科技大学通信工程学院浙江杭州310018 上海交通大学光纤区域网与新型光通信系统国家重点实验室上海200240

针对正交频分复用无源光网络(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Passive Optical Network,OFDM-PON)系统中的数据传输安全问题,提出一种基于混沌序列的细胞自动机(Cellular Automaton,CA)安全性增强方案。首先,利用混沌序列在初等细胞自动机(Elementary Cellular Automaton,ECA)集合中随机选取,基于ECA周期性边界条件,将明文注入到ECA中进行随机状态转移实现异或加密;然后,使用二维细胞自动机(Two-Dimension Cellular Automaton,2DCA)的状态转移规则实现频域上相邻正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)符号的混乱扩散,以抵抗选择明文攻击(Chosen Plaintext Attack,CPA);最后,将混沌序列插入OFDM信号中以实现系统的定时同步和加密。实验结果表明,该方案通过CA状态转移具有良好的混乱和扩散性,可实现动态密文来抵抗CPA,且通过ECA和2DCA的双重加密能够生成大小约1055的密钥空间,为数据传输提供良好的保密性。

关键词：正交频分复用无源光网络细胞自动机混沌加密

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一款具有快速上升时间的可均衡激光发射机

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微电子学与计算机 2022年第4期39卷 128-134页

作者：王悦杨涛祁楠石泾波陈铖颖厦门理工学院光电与通信工程学院福建厦门361024 北京大学工学院北京100871 中国科学院半导体研究所北京100083 北京大学信息科学技术学院电子学系区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室北京100871

面向直接飞行时间测量的3D图像传感器应用,设计了一种具有快速上升/下降时间,输出电流脉冲可配置的阵列型VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)激光发射机.输出级采用直流耦合驱动电路结构,无需额外的偏置电压和分立元件;4 bi... 详细信息

面向直接飞行时间测量的3D图像传感器应用,设计了一种具有快速上升/下降时间,输出电流脉冲可配置的阵列型VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)激光发射机.输出级采用直流耦合驱动电路结构,无需额外的偏置电压和分立元件;4 bit可编程均衡脉冲电路实现了不同高度或宽度的均衡电流,改善了激光驱动器输出电流的上升时间,提高了脉冲信号的完整性和飞行时间的计算精度;同时采用4 bit电流型数模转换器控制不同的输出电流,以实现不同的输出光功率;脉冲产生电路由多个延时单元、选择器和触发器构成,输出不同宽度的脉冲信号,实现了不同大小的平均电流.该电路基于CMOS 65nm工艺实现,电源电压为3.3V,后仿结果表明此发射机可以输出100~500 mA电流,在10 MHz脉冲频率时,脉冲信号实现1.09~17.38 ns可调,其上升时间为270 ps,下降时间为90 ps.均衡电路脉冲信号实现220ps~3.48ns可调,输出级最大输出电流的平均功率为0.15 W.

关键词：直接飞行时间激光发射机均衡脉冲电路电流型数模转换器

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基于神经网络同步的全光混沌通信

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光通信研究 2019年第6期6期(14)卷 1-4,51页

作者：杨云朋柯俊翔义理林上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室

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... 详细信息

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。

关键词：全光混沌通信神经网络混沌预测

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集成光开关发展现状及关键技术(特邀)

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光通信研究 2019年第1期1期(12)卷 9-26页

作者：周林杰陆梁军郭展志赵硕义李祖湘高伟李鑫陈建平上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室上海200240

随着网络传输数据流量的爆炸性增长,传统电交换由于其有限的带宽和高功耗将很难满足网络带宽发展需求。光交换能直接在光域上完成光信道间信息的交换,具有高速、宽带、透明、低功耗以及潜在的低成本等诸多优点,能满足下一代全光交换网... 详细信息

随着网络传输数据流量的爆炸性增长,传统电交换由于其有限的带宽和高功耗将很难满足网络带宽发展需求。光交换能直接在光域上完成光信道间信息的交换,具有高速、宽带、透明、低功耗以及潜在的低成本等诸多优点,能满足下一代全光交换网络、数据中心和高性能计算机光互连网络建设的迫切需求。文章介绍了集成光开关的发展现状及核心技术,包括采用氧化硅、III-V族半导体材料和硅材料来制作光开关的进展以及各种技术的特点。其中硅基集成光开关具有结构紧凑、功耗小、成本低以及与互补型金属-氧化物-半导体(CMOS)工艺兼容的优势,适合大规模光开关制作和量产,具有潜在的巨大市场商用价值。文章重点介绍了实现硅基光开关的核心单元器件以及几种代表性光开关阵列,并对光开关状态监控和调节以及光电封装做了阐述。

关键词：硅基光电子光开关光波导集成光子学

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