1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了快速评估水下激光通信系统的最大通信距离，提出了一种半解析的方法。对于给定的水下光学信道，仅仅需要进行两次仿真就可以获得系统的最大通信距离。即使系统参数改变，也不再需要进行额外仿真。根据水下光学信道参数，通过简单的数学运算获得了两个参考距离。并针对每个参考距离各进行了一次仿真。最后根据理论分析和仿真结果，推导出了最大通信距离的计算公式。为了验证该计算方法的有效性，将计算结果与实验结果进行了对比。对比结果表明两者吻合得很好，故所提出的半解析方法的有效性得以证实。
光通信 水下激光通信 半解析方法 最大通信距离 蒙特卡罗法
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
对激光二极管(LD)端面抽运的Nd∶YAG晶体产生946 nm激光输出的热效应及输出特性进行了实验对比。实验测量了晶体的端面温度以及热焦距，当吸收抽运光功率达到10 W 时，掺杂原子数分数1.0%的端帽键合Nd∶YAG 晶体端面温度为25.9 ℃，约为相同掺杂浓度下普通晶体的1/3。且相同条件下，端帽键合Nd∶YAG 晶体能有效缓解热透镜效应。利用波片补偿电光晶体热退偏的方法，实现了频率为1 kHz 电光调Q 946 nm 激光输出。在抽运功率为10.4 W 时，使用掺杂原子数分数为0.5%的端帽键合Nd∶YAG 晶体作为增益介质，获得最大输出功率为311 mW，脉冲宽度为17 ns的电光调Q 946 nm 激光输出，功率不稳定性为2.7%。最大输出功率分别是同等条件下使用掺杂原子数分数1.0%的端帽键合Nd∶YAG 晶体的2倍以及普通Nd∶YAG 晶体的3倍。
激光器 Nd:YAG 激光器 准三能级 电光调Q
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Space Laser Communication and Detection Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
A depolarization phenomenon in an electro-optical crystal in a quasi-three-level 946 nm Nd:YAG laser is observed. A compensation of the thermal effects in electro-optical crystals is achieved by employing a quarter-wave plate, with one optical axis parallel to the laser polarization. This technique allows for the production of an electro-optically Q-switched 946 nm Nd:YAG laser at 1 kHz. A maximum output power of 350 mW at 1 kHz repetition frequency and 11 ns pulse duration are achieved with an output coupler of 10% transmission under the incident pump power of 11.1 W, corresponding to a peak power of ～32 kW.
140.3480 Lasers, diode-pumped 140.3540 Lasers, Q-switched 140.3580 Lasers, solid-state Chinese Optics Letters
2015, 13(2): 021402
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
激光在云中传输时会出现能量降低、角度弥散、时间展宽和空间分散等现象。 利用蒙特卡洛法研究了云的高度和厚度对激光下行传输的影响。在云厚度固定、云高度变化和云高度固定、 云厚度变化两种情况下, 分别仿真了激光透过云下行传输到海平面时的能量、角度、时域和空域分布。 结果表明, 当云厚度固定时, 随着云高度的增加, 到达海平面的激光脉冲半峰全宽和光斑尺寸明显增加, 但是能 量和角度分布基本保持不变; 当云高度固定时, 随着云厚度的增加, 到达海平面的激光脉冲能量降低, 角度 分布先弥散后趋于稳定, 半峰全宽增加, 光斑尺寸先增大后趋于稳定。该研究为评价光通信系统的性能提 供了一定的参考。
光通信 蒙特卡洛法 云高度 云厚度 optical communications Monte Carlo method cloud altitude cloud thickness
中国科学院上海光学精密机械研究所， 空间激光信息技术研究中心， 上海市全固态激光器及应用技术重点实验室， 上海 201800
设计了一种基于数字信号处理机(DSP)的高速高可靠性水下光通信收发系统,并分析了调制时序和信号处理过程。在收发机中，DSP完成待发送信息的里德所罗门码编码和接收信息的滤波、门限判决、解调解码，现场可编程门阵列(FPGA)完成编码后信息的脉冲位置调制(PPM)。针对激光脉冲水下传输后脉宽展宽小于100 ns，激光重复频率偏离均值小于15%的情况，讨论了不同伽罗华域和PPM信息发送速率的关系；分析了收发机的各环节信号处理速度和各接口通信速度。结果表明，收发系统能够实现全双工的实时通信，通信速率可达73 kbit/s，可用于实时传输语音和图像等多媒体信息。最后利用Matlab对激光脉冲在Ⅱ类水质中传输100 m后到的激光脉冲形状进行了仿真，同时对FPGA发送的一帧数据的电平时序以及模数转换器(ADC)采样得到的一帧数据的采样序列进行了模拟。设计的收发系统为今后水下光通信系统的设计与实现提供了一定的参考。
光学设计 水下光通信 数字信号处理机 里德所罗门码 脉冲位置调制
