水下激光通信各模块参数分析-UVLABofOUC
水管中激光通信系统设计与实现
水管中激光通信系统设计与实现摘要：随着清洁能源的推广，太阳能的使用愈发的广泛。
但是在实际使用中，太阳能热水器需要专门的数据传输线，并且在水中存在易老化漏电的风险，而利用其水管中的水作为数据传输媒介则能够降低风险，故在这种背景下提出了一种在水管中激光通信系统的设计方案。
该通信系统的控制发送和接收的元件为单片机，通过温度传感器测试水的温度，利用蓝光在水中传输数据并以光信号的形式传输到接收端，利用光电二极管作为接收端，将光信号变为电信号，最终通过解调显示数据。
经过测试，结果表明该设计基本上可以实现水下光通信要求，能够将温度信号通过水管信道传输到接收端，接收端能够正确读出传输的信号。
因此此设计方法能够有效的实现中短距离水下光通信传输。
关键词：太阳能热水器；水下光通信；光电二极管；菲涅尔透镜；电压比较器；OOK1引言在当今生活中，各类器件都朝着智能化发展。
对太阳能热水器来讲，其主要用电线传递温度，水位和流速等信息，需要专门的数据传输线，并且存在在水中易老化漏电的风险，而利用其水管中的水作为数据传输媒介则能够降低风险。
水下无线光通信技术是有效实现可靠通信的方案之一。
可见光通信的研究在中国当前还处在初级理论阶段，目前还没有一个相对成熟的系统(商业上可用的可见光系统)。
在中国，可见光通信的研究单位主要是浙江大学和西安理工大学等。
中科院半导体物理研究所也对LED通信进行了研究。
现在,国内外的科学界都肯定了白光LED在可见光通信中的潜在应用价值。
可是,当前技术还不算太成熟,存在着许多的问题,这些问题有待于我们去研究探讨进行解决处理。
2水下可见光通信系统原理光通信是以光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式。
在通信时，首先将电信号转换成光信号，再利用光纤进行传递，在发送端将要传送的信息变成电信号，并调制到激光器发出的激光束上，通过光纤传送;在接收端，检测器收到光信号把它换成电信号，后经解调恢复信息。
水下无线光通信则是利用蓝绿激光进行的水下无线光通信，其不需要利用光纤，这样扩大了适用领域，并且能够节约部署成本[1]。
光模块技术参数
光模块的技术参数2007-12-06 17:151、光模块传输数率：指每秒传输比特数，单位Mb/s或Gb/s。
2、光模块发射光功率和接收灵敏度：发射光功率指发射端的光强，接收灵敏度指可以探测到的光强度。
两者都以dBm为单位，是影响传输距离的重要参数。
光模块可传输的距离主要受到损耗和色散两方面受限。
损耗限制可以根据公式：损耗受限距离＝（发射光功率-接收灵敏度）/光纤衰减量来估算。
光纤衰减量和实际选用的光纤相关。
一般目前的光纤可以做到1310nm波段km，1550nm 波段km甚至更佳。
50um多模光纤在850nm波段4dB/km 1310nm波段2dB/km。
对于百兆、千兆的光模块色散受限远大于损耗受限，可以不作考虑。
3、10GE光模块遵循的标准，传输的距离和选用光纤类型、光模块光性能相关。
4、饱和光功率值指光模块接收端最大可以探测到的光功率，一般为-3dBm。
当接收光功率大于饱和光功率的时候同样会导致误码产生。
因此对于发射光功率大的光模块不加衰减回环测试会出现误码现象。
5、传输距离光模块的传输距离分为短距、中距和长距三种。
一般认为2km及以下的为短距离，10～20km的为中距离，30km、40km及以上的为长距离。
光模块的传输距离受到限制，主要是因为光信号在光纤中传输时会有一定的损耗和色散。
损耗是光在光纤中传输时，由于介质的吸收散射以及泄漏导致的光能量损失，这部分能量随着传输距离的增加以一定的比率耗散。
色散的产生主要是因为不同波长的电磁波在同一介质中传播时速度不等，从而造成光信号的不同波长成分由于传输距离的累积而在不同的时间到达接收端，导致脉冲展宽，进而无法分辨信号值。
因此，用户需要根据自己的实际组网情况选择合适的光模块，以满足不同的传输距离要求。
6、中心波长中心波长指光信号传输所使用的光波段。
目前常用的光模块的中心波长主要有三种：850nm波段、1310nm波段以及1550nm波段850nm波段：多用于短距离传输1310nm和1550nm波段：多用于中长距离传输光纤光模块应用特性和检测参数值的参考1引言今天，以太网技术已成为局域网中不可或缺、暂时还无可取代的技术。
水下光通信系统的设计与优化
水下光通信系统的设计与优化水下通信系统在深海开发、海洋监测等领域发挥着至关重要的作用。
而水下光通信系统作为一种高速传输信号的技术，在水下通信中发挥着不可替代的作用。
本文将讨论水下光通信系统的设计与优化。
一、水下光通信系统的特点设计水下光通信系统时需要考虑水下环境的特点，包括水中的吸收、散射和反射等因素。
在水下环境中，光的传输距离相对较短，光强度随着距离的增加而迅速衰减，因此需要采用高功率的激光发射器和高灵敏度的光接收器。
同时，水下通信中还需要考虑水下噪声的干扰。
在深海环境中，自然噪声、人工噪声以及信号失真等问题会使光通信信号的质量受到影响，因此需要采用一系列优化措施来保证通信质量。
二、水下光通信系统的设计原则在设计水下光通信系统时，需要遵循以下原则：1.选择适当的发射器和接收器在水下光通信系统中，需要选择适当的发射器和接收器。
发射器需要具备高功率、高稳定性和高效率等特点，同时还需要能够根据不同的水下环境进行调节。
接收器则需要具备高灵敏度、高抗噪声能力等特点，以确保在水下复杂环境中接收到高质量的光信号。
2.优化系统设计在水下光通信系统设计中，需要优化系统设计，包括选择合适的波长、光功率、接收灵敏度等参数。
同时，还需要对接收器的信号处理功能进行优化，以克服噪声和失真等问题，提高信号质量。
3.选择合适的传输介质在水下光通信中，传输介质的选择对通信质量产生较大的影响。
泥沙、悬浮物等物质会影响光的传输效果，因此需要选择适合的传输介质，如净水、纯水等。
4.避免光的漂移在水下光通信中，光的漂移会导致光信号丢失或者失真，因此需要采用合适的传输方式避免光的漂移。
常用的传输方式包括单模光纤、多模光纤、自由空间传输等。
5.考虑可靠性和稳定性在水下通信中，可靠性和稳定性是至关重要的因素。
高可靠性的系统能够保证通信质量和系统稳定性，在极限环境下仍然可以正常工作。
因此，在设计水下光通信系统时，需要考虑这些因素。
三、水下光通信系统的优化方法在设计水下光通信系统时，需要采用一系列优化措施以提高通信质量。
水下激光通信
海水的散射特性
海水的散射比大气的散射要复杂得多，海水的散射包括 水本身的瑞利散射和海水中悬浮粒子引起的米氏散射 及透明物质折射所引起的散射。 纯水的散射被当做是一种分子的散射，水分子的直径 比可见光波长小几百倍。而分子半径远小于入射光波长 的分子散射，可以用瑞利散射定律来描述。
瑞利散射（Rayleigh scattering）是由比光波波长还要小 的气体分子质点引起的。散射能力与光波波长的四次方成反 比，波长愈短的电磁波，散射愈强烈；如雨过天晴或秋高气 爽时，就因空中较粗微粒比较少，青蓝色光散射显得更为突 出，天空一片蔚蓝。瑞利散射的结果，减弱了太阳投射到地 表的能量，使地面的紫外线极弱而不能作为遥感可用波段； 使到达地表可见光的辐射波长峰值向波长较长的一侧移动， 当电磁波波长大于1微米时，瑞利散射可以忽略不计。
信道的香农极限（或称香农容量）指的是在会随机发生误码的信道上进 行无差错传输的最大传输速率。它的存在是香农定理在带宽有限的信道 上的一个结论。
由于声波在水中的衰减最小，水声通信适用于中长距离 的水下无线通信。在目前及将来的一段时间内，水声通信是 水下传感器网络当中主要的水下无线通信方式。但是水声通 信技术的数据传输率较低，因此通过克服多径效应等不利因 素的手段，达到提高带宽利用效率的目的将是未来水声通信 技术的发展方向。 水下光通信具有数据传输率高的优点，但是水下光通信 受环境的影响较大。克服环境的影响是将来水下光通信技术 的发展方向。
与水下声学通信技术相比，光学通信技术可以克服水下声学通 信的带宽窄、受环境影响大、可适用的载波频率低、传输的时 延大等不足。 首先，由于光波频率高，其信息承载能力强，可以实现水下大 容量数据传输，目前可见光谱的水下通信实验可以达到传输千 兆(Gbps)量级的码率； 其次，光学通信具有抗干扰能力强，不易受海水温度和盐度变 化影响等特点，具有良好的水下电子对抗特性； 第三，光波具有较好的方向性，如被拦截，会造成通信链路中 断，使用户会及时发现通信链路出现故障，因此具有高度的安 全保密性； 第四，光波波长短，收发天线尺寸小，可以大幅度减少发射与 接受装备的尺寸和重量，并且目前光电器件的转换效率不断提 升，功耗不断降低，这非常适合水下探测系统设计对有效载荷 小型化、轻量化、低功耗的要求。
激光水下通信
1.激光对潜通信的作用及前景一．潜艇通信概述潜艇主要工作于水下30~400m，带有核弹头的导弹核潜艇可在海水300~400m深度活动几个月因此，发展核潜艇具有极重要的战略意义。
而潜艇航行深度及航速的快速发展．给通信带来巨大困难。
随着通信技术的发展，干扰机在定位、识别等领域取得了重大突破。
对潜艇来说，隐蔽性就是生命。
如采用传统的超短波无线电对潜通信，潜艇应浮至近水面伸出天线对外收发电文、极易暴露目标。
图1示出了无线电渡、红外、可见光和紫外、x射线在海水中的衰减曲线。
从图看出，频率低于1×103Hz的无线电超长波在海水中的衰减值小于ldB／m；频率约6×1014Hz的0．48mμ蓝绿激光波长在海水中的衰减值小于1×10-2。
dB／m。
困此，岸对潜通信具有两个“窗口”，即超长波无线电通信窗El和0．48v．m的蓝绿激光波长窗口两者相比，0．48v．m的蓝绿激光波长为对潜通信的最佳窗El，即激光通信“窗口”。
激光对潜通信不仅具有超长波通信的全部优点，还具有传输速率高、信息容量大、：抗电磁和核辐射干扰，方向性强、体积小、隐蔽性好等超长波无法与之比拟的优点，能实现最复杂的通信系统。
如地面通过卫星对潜实施激光通信，仅发射三颗卫星，先从地面用微波向卫星发送信息，再经卫星上的激光束向潜艇所在海域进行扫描传输信息，而不影响潜艇的战术机动，能对400m 以下深度、航运3O节以上的战略核潜艇实施全球海域的通信联网。
二、激光对潜通信的作用及前景不同波长的光波穿透水的能力不同，经测量表明，无论在海水或纯水中，水下μ的蓝绿可见光，称光波穿透海水的蓝绿光“窗传输的有效光波长范围0．47～0.54mμ。
口”，最佳波长为0．48m经测量，蓝绿光在海水中的穿透深度可达600m，这一特性与极低频120～180m 比较，在海军对潜通信中具有极大的吸引力。
美国海军一开始的基本设想和方案是：(1)先从地面将报文用微波送至卫星，再由卫星上的蓝绿激光发到潜艇所在海域；(2)由地面激光发射机以小于2O。
近海岸水下快速光通信实验研究
2.海水信道的光学特性
Jerlov对海水表面以下10m之内水体的光学特 性分析，将海水分为大洋水(3类)和沿岸水(9类)。
• 2011年，上海光机所在中船702水池（漫衰减系数约为 0.06m-1）中试验，采用高亮度蓝绿激光器为光源，PPM调 制方式，接收端使用高灵敏蓝绿光电倍增管，实现传输速 率为10Kbps，距离为125米，误码率低于10-5的数据通信；
• 2012年，南京理工大学的沈娜，郭倩等，对引起激光水下 衰减的因素进行研究，得出水中悬浮颗粒的散射效应是产 生误码的主要原因；
黄色物质的吸收系数：
ag
ag
eSg 440 0
0 440nm
黄色物质吸收系数曲线
ag 0 指在参考波长时的吸收系数，当 0 440nm 时，取 ag 440 0.243 ，Sg 0.014 / nm
2.海水信道的光学特性
• （3）浮游植物的衰减特性
• 2011年，美国的Jim A. Simpson等，用激光器和LED分别 在3.66m的水槽中实现了传输速率为Mbps的数据传输；
• 2013年，美国的Brandon Cochenour等，提出了一种新的 高灵敏，高动态范围用于测量频率响应范围的方法，并在 在7.62m长的水槽中实现了1GHz信号传输。
其它悬浮 与黄色物质相似，吸收系数
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ粒子
较小，短波处稍有增加
与水质和光波波长相关
2.海水信道的光学特性
水下激光通信
海水中悬浮粒子引起的散射属于米氏散射问题，悬浮粒子的 大小的分布和海水中粒子的浓度决定了米氏散射的大小。
• 当大气中粒子的直径与入射的波长相当时发生的散射。散 射的强度与波长的二次方成反比，散射在光线向前的方向
比向后的方向更强，方向性比较明显。
• 海水散射的一个重要效应是对光能量的衰减，然而作为光 的水下通信还存在着另一个重要的效应是海水微粒对光的 的多次散射引起的多通道效应。
类似于大气中存在的透光窗口。这一物理现象的发现为解 决长期水下目标探测、通信等难题提供了基础。
海水的颜色主要是由海水的光学性质，即海水对太阳光线的 吸收、反射和散射造成的。我们知道：太阳光是由红、橙、 黄、绿、青、蓝、紫七色光复合而成，七色光波长长短不一 ，从红光到紫光，波长由长渐短，其中波长长的红光、橙光 、黄光穿透能力强，最易被水分子所吸收。波长较短的蓝光 、紫光穿透能力弱，遇到纯净海水时，最易被散射和反射。 又由于人们眼睛对紫光很不敏感，往往视而不见，而对蓝光 比较敏感。于是，我们所见到的海洋就呈现出一片蔚蓝色或 深蓝色了。如果打一桶海水放在碗中，则海水和普通水一样 ，是无色透明的。其实海水看上去也不全是蓝色的，而是有 红、黄、白、黑等等，五彩缤纷。因为海水颜色除了受以上 因素影响外，还会受到海水中的悬浮物质、海水的深度、云 层等其他因素的影响。如我国的黄海，看上去一片黄绿，这 是因为古代黄河夹带的大量泥沙将海水“染黄”了。虽然现 在黄河改道流入渤海，但黄海北部有宽阔的渤海海峡与之相
海水的散射特性
海水的散射比大气的散射要复杂得多，海水的散射包括 水本身的瑞利散射和海水中悬浮粒子引起的米氏散射 及透明物质折射所引起的散射。 纯水的散射被当做是一种分子的散射，水分子的直径 比可见光波长小几百倍。而分子半径远小于入射光波长 的分子散射，可以用瑞利散射定律来描述。
水下无线蓝绿激光通信系统设计
水下无线蓝绿激光通信系统设计摘要：传统的水下通信一般采用声学通信和电磁波通信。
由于激光的特殊性能，采用水下激光通信具有高保密性、高传输速率和高抗干扰等优点。
本文利用蓝绿光在水中的低衰减系数的特性，通过研究蓝绿光激光器LD和光电探测器PIN的特性，分别设计了输出电流可调的恒流源电路、高速内调制电路、光电转换电路以及弱信号检测电路，最终实现水下蓝绿光通信。
关键词：蓝绿光激光；内调制；水下通信0引言水下光通信是以光波作为载波实现数据传输的通信方式[1]。
相比于其它通信方式，水下无线光通信具有以下特点：光波的频率很高,故其承载信息的能力很强,能够传输的信息容量很大,可使用的通信带宽很宽；光波具有很高的传输速度；若使用激光作为光源,水下光通信系统对各种干扰的抵抗能力非常强；激光的发散性小、光束窄、传播的方向性好,从而增加了通信系统的保密性[2]。
其应用在商业领域，可对海洋的能源、地形、气候等进行探测；在军事领域中，可借助它对敌军进行突然袭击，切具有很好的隐蔽性以及和外界通信。
所以水下光通信是具有很好地发展前景。
1通信总系统设计本文基于蓝绿光在水中吸收特性和激光的准直性优点实现水下通信，其主要研究的内容包括：信号调制、恒流源（驱动蓝绿光激光器）、光电检测器件（光电二极管PIN）、互阻放大电路路、主级放大电路以及判决电路的设计。
系统具体框图如图1所示。
图1系统框图从图1可知本系统主要分为光发送模块和光接收模块。
光发送主要完成的任务是将数字的电信号转移到光上。
光接收的作用是将光信号转化成电信号，并将电信号恢复成可处理的数字信号。
2通信系统光发送机2.1光源驱动电路设计激光二极管一般均采用恒流的方式驱动，恒流源的制作方法较多，如线性稳压芯片LDO、开关电源DC-DC、三极管或者MOS管（威尔逊电流源）等。
其中线性稳压芯片工作效率较低，所以选用BUCK型的DC-DC（LT3474）制作恒流源用于驱动LD。
绿光激光器可选用的功率为120mW、波长520nm、驱动电流240mA。
水下激光通信系统中信道特性分析_水下通信技术
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水下激光通信系统中信道特性分析
1.2.3 光纤通信 现代光纤通信是指以激光作为信息载体，以光纤代替电缆来进行通信。而 光纤是目前最有能力支持高带宽远距离通信的传输媒介。与传统的通信方式相 比，光纤通信有如下几个方面的优势[10]： （1）通信容量大，传输带宽大。单根石英光纤在低损耗频段 0.8~1.65μm 的频带宽度可以达到 200THz， 这样巨大的传输宽带和容量是其他传输介质所不 能代替的。 （2）损耗小，中继距离长。目前工业制造的光纤在 1.3μ m 附近，其损耗在 0.3~0.4dB/km 范围以内，在 1.55μm 波段已降到 0.2dB/km 以下。 （3）光纤通信的抗干扰性和保密性极好。光纤是二氧化硅制成的，它不受 各种电磁波的干扰，甚至在核辐射环境下，仍能正常工作。光信号在传输过程 中被束缚在光纤芯内，向外辐射和泄漏的极小，在信息传送时很难被窃听，这 在军事国防和经济上都有重要意义。 （4）光纤中几乎没有背景噪声。光纤对恶劣环境有较强的适应能力。 （5）重量轻、成本低、资源丰富、寿命长。光纤的制造不需要大量的有色 金属，所需要的石英丰富而便宜。光纤是绝缘体，没有电流和电压的干扰，且 不易被海水腐蚀。 尽管光纤有以上众多优点， 但是光纤是有线传输， 依赖于相对昂贵的光缆， 还要考虑到薄的电缆护套易受海洋生物附着和其他机械的损坏。水下光缆应用 的另一个挑战是收发器之间插拔连接，譬如一个海面船只与一个水下传感器之 间，或者一个 AUV 和一个传感器之间。总体而言，使用光纤的费用比较高， 维护困难，所以水下高带宽无线通信比光纤通信有着更明显的优势。 1.2.4 水下激光通信 水下激光通信结合了频率高和无需有线连接直接传播光载波的灵活性的优 点。与水声通信相比，水下激光通信可以克服水声通信的带宽窄、载频低、延 迟大等缺点。而与光纤通信对比，它继承了光纤通信的众多优点，但是激光在 海水中严重地受到周围环境条件的影响，在海洋中我们面对的是比大雾天气甚 至更高的单位距离的信号损耗，水下环境对于激光的性能起到决定性的作用。
水下无线激光语音通信探究论文
水下无线激光语音通信探究论文水下无线激光语音通信探究论文1控制模块本系统的控制模块选用Altera公司的CycloneII系列FPGA，该系列FPGA是Altera公司推出的低本钱FPGA，其在保证本钱优势的前提下提供了很高的集成度和性能。
选用FPGA进展控制模块的设计具有硬件构造简单，抗干扰才能强，可靠性高，功耗低等优点，并且由于FPGA具有可编程性，使得系统配置更加灵敏，方便以后的系统晋级，降低系统晋级的本钱。
该控制模块主要是完成为AMBE—2000提供正常工作所需要的各种时序信号以及对输入输出语音数据流进展数据提取、去系统帧头、加系统帧头等工作。
故可将控制模块分为三个主要子模块：时序产生子模块，数据发送子模块和数据接收子模块。
时序产生子模块主要是通过使用VHDL语言进展编程得到分频器，将晶振的固有频率通过分频器变换为AMBE—2000所需要的频率。
数据接收和发送子模块那么主要采用FIFO进展数据缓存。
并通过编写接收和发送有限状态机来对FIFO进展相应控制，完成对语音数据流的接收发送及处理等任务。
控制模块的时序仿真图如下列图3。
2调制及信号处理模块高效、可靠、抗干扰才能强的调制技术是高传输率、低误码率通信的保证，对进步系统性能的发挥有着重要的作用。
本系统所采用的激光器为半导体蓝光激光器，选用的.调制模块为实验室已有的调制电路。
该电路所采用的调制方式为构造简单的内调制方式，通过对光信号强度的直接调制，将语音信号加载到蓝光激光上。
此调制模块构造简单，易于实现。
本系统所用的信号处理模块电路原理图如下列图4所示。
光信号通过光电转换器转换为微弱的电信号。
电信号输入至第一级低噪声放大电路，在设计该级放大电路时，考虑到所采用光电转换器在50Ω负载电阻下频率响应最好，故该放大电路采用由低噪声运算放大器构成的反相比例放大电路，这样设计既能使光电转换器工作在频率响应最好的状态，又能满足适当的前级放大。
第二级为一个二阶的低通滤波器，滤除高频噪声。
水下光通信
水下光通信目录水下光通信 (1)前言： (1)关键词： (1)Abstract (1)Key Words ： (1)1.研究水下光通信的重要性 (2)2．水下光通信的分类 (2)2.1水下光纤通信 (3)2.1.1水下光纤——海缆 (3)2.1.2海底光缆的构造： (3)2.2水下激光通信 (5)2.2.1水下激光通信的发展背景 (5)2.2.2水下激光通信的组成. (6)2.2.3水下激光通信的优势 (7)2.2.4水下激光通信存在的问题 (8)参考文献： (10)水下光通信前言：本文研究了水下光通信的两种方式，即水下光纤通信和水下激光通信。
相对于其它方式的通信技术而言，水下光纤通信具有很多优势，本文对其进行了简要的介绍。
而水下激光通信则更是近些年来各国科学家热衷的方向，因为水下激光通信具有激光通信的容量大，保密性好，传输速度快等优点，但是又由于其在水下传输时受到了水下诸多条件的影响，水下激光通信现在还只是在试验阶段，并未走出实验室而进行实际应用，因此本文对水下激光通信进行了较为详细的讨论。
关键词：光通信激光光纤Abstract：I discussed two methods of underwater optical communications, namely, underwater fiber-optic communications and underwater laser communications. Relative to other means of communication methods, the underwater fiber-optic communication has many advantages, so I discussed it briefly. In recent years, scientists from various countries is even more enthusiastic about the underwater laser communication, because the underwater laser communications have the capacity of laser communication, confidentiality, transmission speed, etc., but because it is under water, it is affected by many factors, so underwater laser communication is still only in the experimental stage, not out of the laboratory and in practical applications, this article on the underwater laser communications a more detailed discussion.Key Words ：optical communication laser optical fiber optical beam1.研究水下光通信的重要性海洋占地球表面积的70%以上，海洋中不但蕴藏着丰富的资源，而且对全球气候变化、人类经济以及社会发展都有着重大影响。
水下光学通信
水下光学通信一、研究水下光通信的重要性海洋占地球表面积的70%以上，海洋中不但蕴藏着丰富的资源，而且对全球气候变化、人类经济以及社会发展都有着重大影响。
譬如，全球温室效应、地球上的生命起源、新资源、新能源、新生物基因、人类生存环境和社会的可持续发展等。
因此，发展先进的海洋探测高技术对人类了解、利用和开发海洋具有重要的意义。
随着现代高新技术的发展，水下捕捞、探测、控制等的需要，逐渐形成了水下通信这一个特殊的应用领域[1，4]。
通常水下通信中采用低频（3~300Hz）电波，这种方式的通信速率低（约为1bit/min），极大地限制了通信的有效性。
由于海水对频率较高的电磁波的强吸收作用，电磁波在水中的能量衰减很严重，几乎无法穿过海水传播，以致造成了传统电波在水下通信应用中的无效性，成了限制水下通信发展的技术瓶颈。
激光器的发明和应用促进了光通信的发展，更为水下光通信带来了福音，因此对具有高数据传输速率、优良的保密性和抗干扰性的水下通信研究有重大的战略意义[2，3]。
美国在多次海上激光对潜通信试验的基础上，开展了星载对潜通信的全面论证，计划采用装有大功率固体激光器的离地面仅有几百千米的廉价、低轨道卫星，代替先前计划采用的地球同步卫星, 以开展双工卫星-潜艇激光通信系统的研究。
总之，对于水下的通信技术的要求已经是越来越高，我们需要找到一种高效的水下通信技术能够实现多个固定端点的信息传输和多个移动端点的信息传输。
二、水下光学无线通信的海水信道特性研究1.基于海洋生物光学模型的水下光学信道模型海水是一个复杂的物理、化学、生物系统, 它含有溶解物、悬浮颗粒和各种各样的有机物质。
海水的光衰减系数是水中的盐度、温度、有机溶解物、无机物、悬浮颗粒以及各种有机物的函数, 同时与光波的波长有着密切关系。
因此对于水下光学无线通信来说, 海水对光波的衰减作用比大气要严重得多。
根据海洋光学的固有特性, 光在海水中的衰减主要来自两种作用过程: 吸收和散射。
水下激光通信系统的设计与实现
水下激光通信系统的设计与实现随着科技的不断进步，人们对通信技术的需求也在不断提高。
其中，水下通信技术作为一种比较新兴的技术，其应用范围越来越广泛。
但是，水下通信面临的挑战也相对较大，传统的电子通信技术因为受到水分子的吸收衰减而不能长距离通信，而水下激光通信由于其具有高速、高精度、抗干扰性好等优点，成为水下通信的一种重要方式。
本文将介绍一种水下激光通信系统的设计与实现。
一、水下激光通信系统的构成水下激光通信系统由发射端、接收端、传输链路和控制装置组成。
其中，发射端主要由激光器、调制器、定向装置和电源等组成。
接收端主要由接收器、解调器、探测器、光电元件和放大器等组成。
传输链路主要由水下光纤、光电缆等组成。
二、水下激光通信系统的工作原理激光器产生高能激光束，通过调制器产生数字信号，然后通过定向装置将光束对准接收端。
在接收端，接收器接收到光信号，通过解调器转换为数字信号，再通过控制装置完成相关应用。
由于水正比于激光光强而对其吸收，水下激光通信面临水质量的不稳定性和水深变化的音压力的影响。
因此，设计的水下激光通信系统需要考虑这些环境因素，实现传输速率高、距离远、抗干扰性好的目标。
三、水下激光通信系统的设计1.激光器的选择激光器是整个系统的核心部件，对于系统的传输速度和稳定性至关重要。
对于水下激光通信系统，需要采用波长为532nm的Nd：YAG激光器，因为这种激光器的波长与水下电磁波的传输损耗最小，可以在长距离传输中较好地保持激光能量。
2.调制器的选型调制器的作用是将数字信号转化为激光脉冲信号。
有两种调制器：ACousto-optic modulation (AOM)和Electro-optic modulation (EOM)。
在水下激光通信系统中，应该选择EOM调制器，因为其具有波长调节范围广泛、带宽宽、失真低等优点，可以提高通信质量。
3.水下光纤的选材水下光纤是传输链路中最为关键的部件，因为其能否良好地传输光信号直接关系到系统的传输范围和速率。
水下激光通信的网络路由与传输技术研究
水下激光通信的网络路由与传输技术研究近年来随着全球互联网的快速发展，网络通信技术不断更新换代，传输速度越来越快，但是传统的互联网技术在海底传输遇到了很多问题。
水下通信传输的复杂度和唯一性导致了海底通信技术的落后。
水下激光通信是新一代的水下数据传输技术，较之传统的海底光缆和卫星通信，有着巨大的优势。
本文将讨论水下激光通信的网络路由与传输技术研究。
一、水下激光通信的原理与技术特点水下激光通信是指在水下运用激光现代检测技术进行海底数据通信的一种技术。
它是一种转换电信号为激光信号的新型通信形式，其主要原理是利用脉冲激光中的信息承载传递到远方。
激光的高速传输和窄束传输特点使能够在水下实现高速的信息传输，且能够长距离的传递。
水下激光通信具有一些优点，如高速、低延时、大带宽、可靠性高、隐蔽性强等特点。
在水下环境中，现有的水下通信技术比较局限，技术比较落后，容易受到水流、海水温度等自然环境因素的干扰影响，水下激光通信可以最大程度避免这些因素的影响。
二、水下激光通信的网络路由与传输技术研究网络路由技术是水下激光通信中一个重要的组成部分，网络路由技术的作用是将数据包从源节点传递到目标节点，并将数据包从传输层路由到应用层，以实现数据的可靠和高效传输。
由于水下激光通信的传输距离较远，因此路由技术极为关键。
一方面，水下激光通信的路由技术需要考虑网络的拓扑结构。
海底环境复杂多样，海底地形、海水的运动等因素都将影响到网络拓扑的构建。
不同的拓扑结构将会对网络的性能产生很大的影响。
一种合理的拓扑结构可以提高网络的可扩展性和性能。
另一方面，水下激光通信中路由协议的需求同样很重要。
路由协议的主要功能是实现路由表生成和数据包转发，而根据网络规模和密度，路由协议应有所变衍。
常用的路由协议有基于距离向量的路由协议、基于链路状态的路由协议、混合型路由协议等，其选择要取决于网络环境和性能要求。
在数据传输方面，水下激光通信的传输技术需要特别考虑噪声、失真、衰减等因素在长距离、海底复杂环境下的影响。
水下激光通信技术及发展研究
二、水下激光通信技术的发展现 状
尽管水下激光通信技术有许多优点，但其在实际应用中仍面临许多挑战。以下 是当前水下激光通信技术的发展现状：
1、技术成熟度：尽管水下激光通信技术在理论上已经成熟，但在实际应用中 还需要进一步的改进和完善。例如，如何确保激光在各种水下环境中的稳定性 和可靠性，以及如何提高其抗干扰能力和对目标的精确度等。
2、抗干扰能力强：由于激光的特性，其不易受到水下环境中的噪声和干扰影 响，相比其他水下通信方式，如水声通信，其具有更好的抗干扰性能。
3、对目标精确度高：激光的波束窄，方向性好，能够精确地对准接收装置， 从而减少数据的丢失和误码率。
4、对环境影响小：激光通信系统运行时，不会产生电磁干扰，对周围环境影 响小，适合在电磁敏感的环境中使用。
四、发展趋势和挑战
1、发展趋势
随着科技的不断发展，未来水下激光通信技术的发展趋势可能包括以下几个方 面：
一是实现高速和长距离传输。当前水下激光通信技术的传输速率和传输距离仍 然受到一定的限制。未来可以通过改进光学系统和信号处理算法等手段，提高 传输速率和传输距离。
二是与其他通信技术的融合。未来水下激光通信技术可以与其他通信技术相结 合，如无线电通信、声波通信等，形成多层次、多通道的通信网络，提高通信 系统的可靠性和稳定性。
2、水下传感器网络
水下传感器网络是一种监测和感知水下环境的重要技术。利用水下激光通信技 术，可以实现水下传感器节点之间的信息传输和数据交换。
3、水下考古和探险
水下考古和探险需要获取水下环境的详细信息，如地形、水质等。利用水下激 光通信技术，可以将水下环境信息传输到地面控制站或其他设备上，为考古和 探险提供重要的数据支持。
2、水下激光通信技术的特点
水下光通信系统实验报告
水下光通信实验报告目录一、实验要求 (1)二、实验原理 (1)2.1 光通信系统的分类 (1)2.2 系统结构图 (1)2.3 光调制器 (1)2.4 光接收机 (3)2.5 无码间干扰的传输系统 (3)2.6 均衡器 (4)2.7 视频传输部分 (4)三、实验过程 (4)3.1 硬件连接部分 (4)3.2 软件处理部分 (4)四、实验结果 (5)参考事项 (6)一、实验要求设计一个套端到端的水下光通信系统，满足能在1m的水信道中低延时地传输1路高清视频信号（HD720p）与至少1路语音信号。
系统的实现方式不限。
二、实验原理2.1 光通信系统的分类现有的光通信系统根据光源的不同可以分成激光（LD）光通信系统和发光二极管（LED）光通信系统。
激光通信系统是使用半导体激光器作为光源；除了半导体激光器，发光二极管也是光通信中常用的光源，其相比于半导体激光器而言，构造与发光原理都要更加简单。
水信道与空气信道和光线信道在传输特性上有较大不同，水信道对蓝绿光的衰减较弱，所以水下通信系统的LD光源一般为蓝绿激光，LED光源虽然使用白光，但是会把信号调制在蓝绿光波长的部分。
在本次实验中，由于传输的距离较短、传输带宽较窄，使用LED光通信系统，不仅能够保证系统的各项指标，还能在很大程度上简化系统。
LED种类非常多，常用于光通信系统的有蓝白光发光二极管和RGB白光发光二极管。
蓝白光发光二极管的PN结发出蓝色的光，蓝光激发表面的荧光涂层产生黄光，两种光复合成白光；RGB白光发光二极管是有三中不同频率的发光二极管同时发光，复合成白光。
2.2 系统结构图系统主要包括以下几个主要组成部分，点发射部分、光调制发射部分、光信道、光接收部分、点接受部分等。
图2-1 光通信系统结构2.3 光调制器根据调制与光源的关系，光调制可以分为直接调制与间接调制两大类[1]。
直接调制也可以成为内调制，就是将要传输的信号直接注入光源（此处的光源可以是LD或是LED），从而产生相应的光信号，也有人称直接调制为电源调制。
水下可见光通信关键技术分析
水下可见光通信关键技术分析
叶梓豪
【期刊名称】《数字通信世界》
【年(卷),期】2022()11
【摘要】水下可见光通信技术在水下场景中应用具有较大的技术优势,不仅可以应对水下复杂多变的环境,同时能保证高速率、高稳定性的传输,为海洋资源的开发利用提供了更大的空间。
基于此,文章从通信速率、远距离传输、仿真分析等方面入手,深入分析水下可见光通信关键技术的应用成果,以期促进通信技术全面发展。
【总页数】3页(P74-76)
【作者】叶梓豪
【作者单位】中国电子科技集团公司第七研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN929.3
【相关文献】
1.水下无线光通信关键技术应用研究
2.水下与空中平台蓝绿激光通信关键技术研究
3.水下可见光通信关键技术综述
4.水下可见光通信关键技术研究
5.水下无线光通信关键技术与未来展望
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水下光通信-综述
水下光通信综述一、水下光通信的国内外研究现状光通信起源最早可追溯到19世纪70年代，当时Alexander Graham Bell提出采用可见光为媒介进行通信，但是当时既不能产生一个有用的光载波，也不能将光从一个地方传到另外一个地方。
因此直到1960年激光器的发明，光通信才有了突破性的发展，但研究领域基本上集中在光纤通信和不可见光无线通信领域。
由于海水对光的强吸收特性，水下光通信技术一直没有得到重视。
直到1963年Qimtlcy等人在研究光波在海洋中的传播特性时，发现海水在450- 550纳米波段内蓝绿光的衰减比北它光波段的衰减要小很多，证实在海洋中亦存在一个类似于大气中存在的透光窗口。
这一物理现象的发现为解决长期水下目标探测、通信等难题提供了基础。
水下光学通信技术研究前期主要集中在军事领域，长期以来一直是水下潜艇通信中的关键技术。
美国海军从1977年提出卫星与潜艇间通信的可行性后，就与美国国防研究远景规划局开始执行联合战略激光通信计划。
从1980年起，以几乎每两年一次的频率，进行了迄今为止共6次海上大型蓝绿激光对潜通信试验，这些试验包括成功进行的12千米高空对水下300米深海的潜艇的单工激光通信试验，以及在更髙的天空、长续航时间的模拟无人驾驶飞机与以正常下潜深度和航速航行的潜艇间的双工激光通信可行性试验，证实了蓝緑激光通信能在天气不正常、大疑雨、海水浑浊等恶劣条件下正常进行。
1983年底，前苏联在黑海舰队的主要基地塞瓦斯托波尔附近也进行了把蓝色激光束发送到空间轨道反射镜后再转发到水下弹道潜艇的激光通信试验。
澳大利亚国立大学信息科学与工程研究学院的研究小组开发了一种低成本、小体积、结构简单的光学通信系统，选用LuxeonlH LED的蓝(460nm)、青(490nm)、绿(520nm)光, 接收器电路采用对蓝青绿三种光灵敏度很髙的SLD-70BG2A光电二极管，这套系统在兼顾速度与稳左性的同时，通讯速率可达57.6kbps,由于采用红外无线通信协议，其水下传输速率和传输距离受到极大限制。
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以上是通过论文，了解到水下激光通信发射模块和接受模块的分析，由于英语水平有限，难免出现纰漏，还望指正。下步进一步了解各模块块参数分析
目前，我们主要研究水下激光通信的发射模块和接受模块。
一、发射模块
首先是光源的选择，通过下图可以看出蓝绿光在水中得到衰减最小，因此常被用于水下光通信。
基于功耗、效率、尺寸及成本的考虑，通过对比氩离子激光发射器、钛宝石激光发射器、光纤激光发射器以及半导体二极管激光发射器，最后选择了半导体二极管发射器，它具有低功耗、高效率以及结构简单等优点。
王文朋
其次，驱动电路的设计。如下图，在此论文中采用了Maxim公司 MAX3701蓝光激光驱动芯片作为激光二极管的驱动，这块芯片的信号上升与下降速度达到0.9nS，提供的二极管驱动电流为最高为200mA，偏置电流最高200mA.在PCB中通过EP2C5的FPGA控制MAX3701。 同时包含了一个模数转换器AD7822，实现驱动芯片中的内部互阻抗放大器的电压数字化。
下图中，电位器通过控制V1端口用来为二极管设置偏置电流,FPGA在通过低通滤波器产生一个脉冲宽度调制信号,以提供一个输出电压通过V2端口控制调制电流。同时，FPGA产生一个开关键控输出信号控制MAX3701,驱动电流的输出。
二、接受模块
基于动态范围、接收灵敏度和信噪比的考虑，论文中选择了光电倍增管（PMT)作为接收装置。光电倍增管装置利用外部光电效应将入射光子转换成一个放大的电子信号。
接收电路设计需要一个稳定的高压电源，分压电路和输出负载或者放大器电路。
论文中采用了R7400U光电倍增管。它具有体积小、灵敏度高、速度快和成本低等优点。
在下图中,通过调整输入电压对PMT的灵敏度有较大的影响。改变电源电压从250V的800V,输出电流的变化几乎达到了5个数量级。如果输出电流保持不变,输入电压调整,PMT能够观察到四个数量级范围的光子。