随着水下无线通信的发展，关于海洋环境量子通信的研究也逐渐成为热点。其中，研究海洋气泡对光量子在水下传输的影响具有重要意义。为了研究海洋气泡对水下量子通信信道性能的影响，根据海洋气泡的粒径分布模型，研究了气泡的散射特性，并根据气泡的消光系数，分析了不同条件参数对链路衰减、纠缠度、信道容量以及信道误码率的影响，并进行了仿真实验。结果表明：气泡浓度和传输距离的增大，使链路衰减和误码率增加，对于幅值阻尼信道、退极化信道和比特翻转信道，其信道容量均有所减小；随着气泡半径的增大、深度的减小，信道纠缠度降低。由此可见，海洋气泡对量子通信性能的影响不可忽略，在实际应用中为了保障水下量子通信的传输效率，应适当调节水下量子通信相关参数，减小海洋气泡环境对通信系统的影响。

转换效率是周期性极化铌酸锂（PPLN）波导的主要性能指标，其与温度具有很强的关联性。受限于工艺问题，波导各个通道之间的一致性很难保证。提出一种多通道波导的温度自动控制方法，该方法通过FPGA芯片获取与多通道波导对应的多个单光子探测器探测到的光子数，并通过相应均衡算法来处理各个通道的光子数，从而确定多通道波导的最佳温度工作点，达到自动调节波导温度的目的。通过FPGA实现半导体制冷片（TEC）驱动控制、具有主动淬灭和快速恢复功能的单光子探测器，并通过均衡算法实现多通道波导温度的自动控制，实现探测效率更均匀的多通道上转换单光子阵列探测器，极大地减少前期人力投入，避免人为因素导致的误差。

光混沌信号受限于光纤中的色散和非线性效应，难以实现远距离同步。同时，由于光注入混沌同步采用纯光域信号处理，无法与现有通信系统中的电域非线性补偿融合。因此，从非线性薛定谔方程出发，提出色散管理与基于光域的非线性管理相融合的技术方案，实现激光混沌远距离同步。然后，详细研究了不同传输距离、不同注入强度下的同步和传输特性。结果表明，在传输距离为1000 km、注入强度为0.5 mW情况下，系统能够实现信息速率为1 Gb/s的保密通信，同步载波相关系数能够达到0.97以上。

为了吸纳业务的不确定性并将业务网络灵活高效地映射到数据中心的物理网络中，研究了弹性光数据中心网络中业务模型为软管模型的动态虚拟数据中心映射问题。首先建立了软管虚拟机在弹性光数据中心网络中的映射模型，然后提出了基于虚拟拓扑图的虚拟机放置算法（VT-VMPA）。VT-VMPA首先将软管模型转化为管道模型，再由业务量最大化原则寻找核心虚拟机。然后按照业务量降序，将满足资源约束条件且与核心虚拟机相连的虚拟机合并成簇，以减少簇映射到服务器后的通信带宽需求。最后将构成簇集按跳距自适应和最短路径原则映射到弹性光数据中心网络的服务器和光路上。仿真结果显示，该算法与其他算法相比，平均带宽消耗减少了21%、阻塞率减少了27%、时间平均收益提高了117%。这表明该算法能够降低网络带宽资源的消耗、提高网络映射率。

锂离子电池运行期间尤其在高放电倍率下产生的热量会导致温度大幅上升，仅仅依赖于单体电池表面的温度监测不能为电池管理系统提供最准确、最可靠的传感数据。对锂离子电池原位监测是防止锂离子电池热失控的最有效的方法之一，将传感器置于锂离子电池的热源核心处，可第一时间感知温度变化。在18650圆柱体锂离子电池内部中心处埋入光纤复合温度传感器，利用同一根光纤上的法布里-珀罗空气腔消除布拉格光栅传感机理固有的温度与应力交叉敏感，实验结果表明，在电池充放电阶段可以实时监测电池内部温度变化，光纤传感器与电池内部电芯相容性较好，可以满足大尺度锂离子电池集成组件的健康状态长期监测。

提出一种基于夹层多模光纤马赫-曾德尔干涉仪（MZI）与虚拟游标效应结合的高灵敏度温度传感器，进行了理论分析和实验验证。该光纤MZI是通过在两段1 mm长的阶跃型多模光纤之间拼接一段20 mm的渐变多模光纤制成，夹层多模光纤MZI作为游标效应的传感干涉仪，利用信号处理对该光纤MZI的干涉光谱进行变频得到参考干涉仪光谱，通过叠加传感干涉仪和参考干涉仪的波形实现虚拟游标光谱。实验结果表明，在40~100 ℃温度范围内，该传感系统的温度灵敏度为3.884 nm/℃，与单个夹层多模光纤MZI相比，灵敏度提高了37.346倍。与传统的光纤游标传感器相比，所提出的虚拟游标夹层多模光纤温度传感器具有灵敏度极高、尺寸紧凑、制作简单、成本低、结果更可靠等优点。

针对非对称协作自由空间光通信系统中信道条件得不到充分利用以及高阶调制导致的数据可靠性恶化问题，提出了一种分层调制联合物理层网络编码方案。该方案首先在信源节点处对待发送信息进行数据优先级划分，并给不同优先级的数据分配不同比例的发射功率；然后将调制后的数据发送至各个节点，并在中继节点处对接收到的数据进行物理层网络编码；最后中继节点将编码后的信息发送至目的节点，目的节点利用物理层网络编码方案恢复出原始信息。仿真结果表明，在高信噪比信道中，系统误码率可下降至10-8以下；在强大气湍流信道中，使用该方案系统至少可获得1.5 dB的信噪比增益。该方案对强大气湍流信道表现出更好的抗干扰性能。

基于4电平脉冲幅度调制（PAM4）的强度调制直接检测（IMDD）是目前中短距应用的主要解决方案之一。然而，基于高阶脉冲调制的IMDD方案检测灵敏度明显下降。另一方面，拥有更高灵敏度的标准相干检测技术又面临成本和复杂度方面的挑战。因此，自零差相干检测（SHCD）和差分检测等自相干检测方案，因其优于PAM4的性能和低于标准相干检测的硬件成本而在新一代中短距应用中具备优势。本文综述和比较自零差相干以及差分自相干检测（DSCD）系统各自的特征、优点和挑战。文中进一步针对光功率受限和光信噪比受限的不同传输场景，分析比较基于SHCD-正交相移键控（QPSK）和DSCD-差分正交相移键控（DQPSK）方案的系统性能，展示了DSCD-DQPSK系统相较其他方案在硬件成本和系统性能方面的综合优势。

针对可见光通信中的离散傅里叶扩展正交频分复用系统的非线性效应，提出一种基于高斯混合模型的聚类解调方法。运用机器学习中的高斯混合模型根据接收信号估计所有星座点的高斯分布参数。然后计算接收信号到每一个星座点高斯分布的概率，选择概率最大值对应的星座点作为接收信号的判决结果进行解调，从而可以获得一些信噪比增益。仿真结果表明，在LED非线性信道下，高斯混合模型聚类解调方法在16和32阶正交振幅调制下可以分别获得0.6 dB~2.7 dB和0.2 dB~1.7 dB的信噪比增益。

编队无人机对目标无人机进行围捕是多无人机战场作战中重要且典型的任务之一，本文将无线紫外光通信技术与围捕算法结合，提出了一种紫外光通信协作编队无人机联盟围捕算法。该算法借助无线紫外光辅助无人机编队机间数据保密传输和非直视通信，将联盟生成算法与区域最小化策略进行融合，采用动态规划法对最优联盟结构进行求解，使用区域最小化策略对目标无人机实施空中围捕，完成在复杂场景中无人机编队高效围捕多目标任务。对区域最小化策略和本文提出的紫外光协作编队无人机联盟围捕算法进行了仿真对比，实验结果表明：所提出的紫外光协作编队无人机联盟围捕算法在无人机编队围捕多目标过程中平均降低了12.73%的能耗，算法迭代次数平均降低了27.49%，验证了该算法能耗少、围捕效率高的性能。