【摘 要】
：
光性能监测（Optical Performance Monitoring,OPM）技术在弹性光网络的运行和管理中发挥着日趋重要的作用。基于信号光谱进行性能参数监测,具有获取方便、受色散影响小等优点,是当前研究热点之一。本文重点围绕基于光谱和机器学习辅助的OPM技术展开相关研究,主要内容包括:（1）介绍了基于光信号时域、频域和偏振域特征实现OPM的研究现状。分析了光网络中典型光信号的产生方法、时频域
论文部分内容阅读
光性能监测（Optical Performance Monitoring,OPM）技术在弹性光网络的运行和管理中发挥着日趋重要的作用。基于信号光谱进行性能参数监测,具有获取方便、受色散影响小等优点,是当前研究热点之一。本文重点围绕基于光谱和机器学习辅助的OPM技术展开相关研究,主要内容包括:（1）介绍了基于光信号时域、频域和偏振域特征实现OPM的研究现状。分析了光网络中典型光信号的产生方法、时频域关系和光谱特征。给出了卷积神经网络（Convolutional Neural Network,CNN）和多任务学习（Multi-Task Learning,MTL）等典型机器学习的理论模型。（2）提出了一种基于光谱和MTL-CNN同时进行光信号识别和光信噪比（Optical Signal-to-Noise Ratio,OSNR）监测的方法。基于VPI和MATLAB构建了多损伤因素影响下,七种典型光信号的仿真光谱样本库,样本个数为54432个。设计了相应的MTL-CNN结构,优化了卷积层卷积核个数、分类任务与回归任务权重等参数。仿真结果表明:当光谱分辨率为10 pm,MTL-CNN卷积层的卷积核个数分别为32、32、64和64,对应光信号识别和OSNR监测任务权重为0.2和0.4时,可实现对七种光信号的准确识别且OSNR的监测误差为0.262 d B。在此基础上,比较了不同光谱分辨率和不同CNN结构对结果的影响,为实现监测性能和监测耗时之间的折中提供了重要依据。（3）构建了多损伤因素影响下,样本个数为2592的三种光信号的实验光谱样本库。设计了相应的MTL-CNN结构,优化得到了卷积层卷积核个数为32、32、64和64,分类任务与回归任务权重分别为1.0和0.4。实验结果表明:当光谱分辨率为10 pm时,可实现对三种光信号的准确识别且OSNR的监测误差为0.244 d B,验证了仿真分析所得结论的准确性。进一步实验研究表明:更高的光谱分辨率对监测性能改善不明显,但会显著增加测试时间;级联CNN（C-CNN）和MLT-CNN相比,测试耗时更长。
其他文献
自由空间光通信（Free Space Optical Communication,FSO）由于其巨大的无需授权带宽、速率高容量大、保密性高、部署灵活、成本低等优点,成为了射频通信的有效替代方案,在军事和商业领域受到了越来越多的关注。在FSO中,链路易受环境影响,需要高灵敏度的FSO系统。相较于相干检测的FSO系统,强度调制/直接检测（Intensity Modulation/Direct Dete
掺铒光纤放大器（Erbium-doped fiber amplifiers,EDFA）作为密集波分复用（Dense Wavelength Division Multiplexing,DWDM）系统中不可或缺的光信号中继设备,可以直接对宽带光信号进行放大,然而,EDFA增益谱不平坦的增益特性将严重影响系统性能,因此,EDFA动态增益均衡技术对DWDM传输系统的稳定性具有重要意义。本文对可变增益倾斜滤
光子带隙光纤是一种基于光子带隙效应导光的空芯光子晶体光纤,相较于传统的折射率导光空芯光纤,光子带隙光纤拥有更低的传输延时和更大的灵活性,在光纤传感、光纤通信和光纤激光等领域发展迅猛。本文针对保偏型光子带隙光纤在光纤传感方面的实际需求,研究设计了一种具有高低折射率包层的保偏抗弯型空芯光子带隙型光纤,理论分析了模式分布、传输损耗、双折射系数以及弯曲损耗等特性,开展了低损耗空芯光子带隙光纤的制备工艺研究
随着非球面光学元件的广泛应用,对非球面光学元件的面形检测要求越来越高。光学干涉测量是其中一种常见的检测方法。在光学干涉法中,零位检测法虽然检测精度高,但所需的零位补偿器制造难度高且仅能实现“一对一”检测;相较于零位检测法,非零位检测法更具有通用性,且所需部分补偿透镜的制造难度相对较低,但是由此也带来了非零位补偿镜的设计,回程误差的处理等问题。论文围绕大口径非球面反射镜的面形检测展开研究,主要研究内
痕量气体检测技术在大气环境监测、电力系统、医疗诊断等众多领域中发挥着极其重要的作用,传统的痕量气体检测技术（如催化燃烧法、电化学法）存在检测精度低、响应速度慢、气体检测种类受限等缺点。光声光谱气体检测技术是一种强有力的痕量气体检测技术,其具有检测灵敏度高、响应时间短、可远程监测等优点。本文针对目前光声光谱系统中,普遍使用的传统电学微音器存在灵敏度低、易受环境干扰、无法远程探测等缺点,提出了一种基于
光纤声传感器具有灵敏度高、抗电磁干扰、易于大规模组网复用等优势,在目标探测,环境监测以及医学诊断等军民领域具有极大的应用价值。随着声传感系统的发展,对光纤声传感器提出了小型化的需求。基于非本征型法布里-珀罗干涉仪的光纤声传感器有望突破高灵敏传感器小型化的瓶颈。但面向高灵敏设计的结构存在水下工作困难,动态范围受限以及复用系统相对复杂的问题。本文针对非本征型光纤声传感器及其阵列关键技术展开研究,设计制
电力系统安全系数的提升、供电能力的进步为人类的幸福生活提供了最为基础的保障。为了确保电力系统安全稳定地运行,科研工作者对不同原理的电流传感器进行了深入的研究并取得了实用化的进展。其中,全光纤电流传感器（All Fiber Optic Current Sensor,AFOCS）凭借其体积小、重量轻、绝缘性好、测量频带宽、动态范围大等优势在近几年成为了研究的焦点。然而,传统AFOCS在实用场景中受温度
半导体激光器（Laser Diode,LD）稳定性高、电光转换效率高、寿命长的特点。其中蓝光半导体激光器作为新一代可见光光源,具有重要的应用价值。然而,由于其工作物质的增益曲线平缓,蓝光半导体激光器的光谱线宽较宽,难以满足激光倍频对窄线宽输出的要求,需要采用光栅外腔结构对其进行线宽压缩。本文对基于蓝光半导体激光器的Littrow型光栅外腔系统的输出模式进行了理论和实验研究,并讨论了其无跳模调谐特性
激光淬火硬化层的均匀性是生产应用中评价表面硬化质量的重要指标。受限于传统高斯光束的能量分布特性,淬火后硬化层呈现“月牙”形貌,平顶矩形光斑用于淬火加工可以克服能量在时间和空间上注入的不均匀性,但是由于光斑边缘较大的横向导热损耗导致两侧硬化深度仍浅于中心。本文从提升激光淬火硬化层的均匀性出发,提出了基于振镜变速扫描调控“鞍形”光场输出的宽带激光淬火方案,主要研究内容如下:（1）进行了振镜重复变速扫描
激光打孔技术较传统打孔技术具有成本低、效率高、质量好等优势,普遍应用于氧化铝陶瓷电路基板微孔加工。现有的氧化铝陶瓷激光打孔技术存在重铸层厚、锥度大、表面飞溅物多、一致性较差、打孔速度慢等问题,需要对其进行进一步的优化。围绕上述问题,本文提出了高功率连续激光调制脉冲串打孔新方法,搭建了声光调制高功率连续光纤激光器打孔实验系统,对氧化铝陶瓷激光打孔过程进行了理论分析和工艺研究,主要内容有:（1）采用C