高功率无线光通信波长转换系统性能研究

针对水下高速无线激光通信发射功率较低,通信距离受限的问题,该研究采用非线性光学中二次谐波理论,将1064 nm的高速外调制与放大技术和非线性晶体的准相位匹配技术相结合,通过光学设计和系统参数研究,设计了一种532 nm的高速大功率无线激光调制发射系统,并建立了基于温度和角度变换的波长转换效率模型。然后通过仿真分析的方法得到了不同温度下,最大转换效率对应的角度范围。最后对系统的性能进行了系统搭建和实验分析,验证了该系统在常温下可实现1 W大功率532 nm绿光无线输出,且频率大于1 GHz的模拟信号和速率大于500 Mbps的数字信号调制。实验结果表明:常温下,该系统输出的光斑光强分布均匀,光束质量显著好于调制后的基频光模式。系统输出的方波信号上升沿宽度和下降沿宽度会发生压缩,但随着脉冲宽度的减小压缩现象会发生收敛,上升沿宽度收敛于0.27,下降沿宽度收敛于0.06,系统输出的正弦信号随着频率的增加没有发生明显的畸变。研究结果可以为未来水下长距离高速无线光通信应用提供理论和技术支撑。

水下湍流信道中指向-抖动误差对无线光通信系统性能影响分析

水下无线光通信(UWOC)系统受到吸收、散射、海洋湍流等信道特性以及无线光通信系统抖动和指向误差的影响,导致信道衰落并影响UWOC系统误码率。首先推导了基于Yue谱的高斯光束经过接收孔径平均后的闪烁指数解析式,其次建立了水下湍流信道无线光通信中的指向-抖动误差模型,该模型综合考虑了水体衰减、海洋湍流等信道衰减和指向-抖动误差损耗引起的链路衰减。同时,引入了信噪比校正因子以模拟高斯光束在衰减信道中的位置衰减量,并分别给出了有无抖动误差时系统误码率的表达式。研究结果表明,在弱湍流信道的UWOC系统中,相比于抖动误差,指向误差对系统性能的影响更大。接收孔径平均技术对湍流信道衰减和指向-抖动误差均具有显著的改善效果。