采用修正的伽马分布，结合米氏散射理论，分析了水云粒子的光散射特性，建立了4种常见水云粒子含水量与消光系数的关系。对于光量子的偏振态，研究了水云粒子背景下量子干涉雷达（QIR）探测光子的偏振变化规律，建立了水云粒子影响QIR探测光子的传输距离、分辨率、误码率以及生存性能的数学模型。理论分析和实验仿真结果表明：随着水云中含水量的增加，消光系数呈线性增加，导致衰减系数增加，从而使得探测光子的能量耗散量增大，探测光子的传输距离下降；当发射光子数目一定时，QIR的分辨率随水云粒子光学厚度的增加而降低；当水云粒子浓度一定时，随着退偏比的增大，系统的误码率呈减小趋势；当目标的可探测点数一定时，水云对QIR系统的干扰强度越大，雷达的生存性能越低。由此可见，在QIR的设计、调试和使用过程中，需根据水云的相关参数，自适应地调整QIR系统的各个指标参数，从而提升系统的探测性能。

在LabVIEW环境下设计了一套焊接过程监测系统，该系统可以采集激光-MIG复合焊接等离子体的光学信号以及焊接电流、电压这两种电信号，并以TDMS格式输出。焊接前使用最大类间方差法对焊丝与工件的图像进行二值化处理，然后对二值化图像使用形态学滤波器进行降噪滤波并细化，接着采用一种基于路径追踪的分叉去除算法去除细化结果中的分叉，最后使用HUBER线性拟合法确定激光束的入射位置。对焊接时的等离子体高速摄像照片进行图像处理，获得了激光在等离子体中的传输距离(DLTP)。将DLTP的计算值与实测值进行对比，可知所设计系统的计算准确度为96.5%。

数据传输是车联网(VANETs)实现交通安全的基础。然而, 车辆的移动、信号传输的衰减以及彼此间的干扰对链路的可靠性均有影响。为此, 提出基于动态传输距离的多跳稳定 (DTMS)路由。DTMS路由在选择下一跳转发节点时, 考虑到因衰减而导致的传输距离的变小, 先估计车辆动态传输距离, 再依据动态传输距离估计链路的连通时间以及距离因素, 然后, 计算邻居节点的权重, 最后, 基于节点权重值设置定时器, 进而竞争产生下一跳转发节点。仿真结果表明, 提出的 DTMS路由有效地提高了数据包传输成功率。

为研究冰晶粒子对量子干涉雷达性能参数的影响,基于冰晶粒子的Van de Hulst近似理论、标准伽马分布和Henyey-Greenstein相函数,研究了冰晶粒子背景下雷达探测光子的偏振变化,建立了冰晶粒子的不同参量对量子干涉雷达探测光子的传输距离、分辨率和误码率的影响模型。仿真结果表明,增加冰晶粒子的有效尺度,会增大探测光子的能量耗散,导致探测光子的传输距离下降;发射波束光子数目一定时,量子干涉雷达的分辨率随冰晶粒子光学厚度的增加而降低;当冰晶粒子浓度一定时,链路的量子误码率随冰晶粒子的有效尺度与非对称因子的增加而增加,且不同类型的冰晶粒子对量子误码率的影响程度不同;当保持高偏振对比度时,将椭圆率角减少到一定范围内可以降低量子误码率。

对影响高速率通信传输距离容限的入纤光功率进行了详细分析, 针对入纤光功率受限问题, 提出了一种基于远端铒纤放大(REOA)的系统解决方案, 提高了高速率传输系统的等效入纤光功率, 从而提高了系统的传输距离容限, 并且理论分析了该系统方案的等效入纤功率与REOA前段光纤的损耗和REOA的输出功率有关。通过单载波400 Gb/s速率传输试验证实: REOA系统比普通系统的等效入纤光功率提高了14.27 dB, 单跨距传输系统链路长度提高约70 km。

为了解决水下通信轨道角动量复用系统中海洋湍流引起的信号串扰, 基于空间分集技术提出了一种海洋湍流缓解方案.用随机相位屏法模拟海洋湍流对信号产生的相位扰动, 用分步传输法模拟光束的衍射传播, 在接收端使用等增益分集合并技术对信号进行合并处理.系统采用4路轨道角动量复用8路空间分集, 仿真分析了轨道角动量复用集合、海洋湍流强度和传输距离等因素对系统误码率性能的影响.仿真结果表明, 轨道角动量复用集合的模式间隔从1增加到2, 误码率降低较为明显; 随着模式间隔继续增大, 误码率性能改善有限; 误码率随传输距离和湍流强度的增加而增大.结果证明在海洋光通信系统中使用分集合并技术可以有效缓解湍流对信号传输的影响.

作为亚波长的表面等离子体光波导,在传导电磁场模式的过程中,模式间的串扰是影响模式传输距离及其它物理特性的一个重要因素,因此本文首先系统地研究了两个平行放置的由介质-金属-介质纳米线阵列构成的混合表面等离子体光波导的模式耦合和串扰特性;其次作为对比,把波导结构变为金属-介质-金属纳米线阵列,同样平行放置两个来研究其模式耦合与串扰特性．研究结果表明,这两种混合表面等离子体光波导所支持的电磁场基模的耦合长度远大于其有效传输距离。因此在进行高密度集成时,模式间发生串扰的概率将会非常小。基于这种特性,这两种结构的混合表面等离子体光波导可以应用于高密度光子器件集成、纳米光子学和生物传感器等领域。

海洋是国家可持续发展的战略要地, 迫切需要海洋探测技术的快速发展, 光谱类的化学传感器由于具有原位、 非接触和长期探测的优势日益成为研究热点。 为了将激光诱导击穿光谱(LIBS)技术应用于海洋原位探测, 采用532和1 064 nm波长激光在能量分别为3和40 mj附近进行烧蚀, 对比实验研究了532和1 064 nm激光作用下的LIBS击穿特性, 并重点探讨了水下激光传输距离对LIBS信号的影响。 结果显示, 采用1 064 nm的激光能够获得更高的谱线强度和信背比, 以及更长的等离子体寿命, 但LIBS信号稳定性较差; 受水体对不同波长激光能量衰减不同的影响, 在水下传输距离2～5 cm范围内, 随着1 064 nm激光能量的衰减LIBS信号衰减也很明显, 而位于海水“透射窗口”的532 nm的激光LIBS信号基本保持不变。 为今后LIBS海洋原位探测系统的开发提供了有价值的设计依据。

本文研究了一种由三根并排放置的椭圆形金属-介质-金属纳米线构成的混合表面等离子体光波导所支持的电磁场基模的控制特性, 中间是高折射率的介质纳米线, 左右是两根对称放置的金属纳米线。研究结果表明, 基模电磁场增强效应主要分布在三根纳米线形成的两个间隙区域, 且对整个结构的几何参数有一定依赖性。因此, 通过改变纳米线的几何尺寸、两根纳米线之间的间距以及介质的电磁参数, 可以调整和控制这种波导所支持的基模的有效折射率、模式传输距离、归一化的模式面积和模式束缚因子等物理特性。基于这些有效的模式操控特性, 这种混合型的表面等离子体光波导可以应用于高密度光子器件集成、纳米光子学和生物传感器等领域。