激光通信演示实验仪的设计与实现

为了直观的演示激光通信技术的原理,设计制造了一款简易的激光通信演示实验仪,能够将输入信号调制为激光信号进行无线传输,接收端通过太阳能电池板进行光电转换,再经滤波、解调放大,最终还原输入信号的电路,该仪器性能稳定、操作方便、成本低廉,演示实验效果良好。     

电视显微密立根油滴仪

密立根油滴实验是高等学校的传统实验,我国已有几个厂家生产密立根油滴仪。然而,已有的油滴实验仪只能用显微镜一人观察,学生观测油滴有一定难度。实验后眼睛疲劳、酸痛。不少实验教师出于对学生的关心,做过不少改进的尝试,如国内有人曾研制过使用激光的透射式密立根油滴仪,将油滴投影到屏上,由于光路难调以及某些物理光学效应,使屏上油滴的像较为模糊,而且激光照射使油滴室温度升高,油滴易挥发。空气的热对流,使油滴不稳定。近来我们经过反复试验,研制成功电视显微演示/测量系统。使用CCD图像传感器(摄像机)与显示器(或黑白电视机),将油滴的图像在电视荧屏上显示,视野宽广,观测省力,且测量精确,调节方便。还可供多人观察,作课堂演示。现在该系统已制成产品(LM1002A型和LM1002B型),可供应各高校。     

利用CCD研究激光束在大气随机信道中的传输特性

介绍了无线光通信系统中激光信号通过随机大气信道时，由于激光与大气介质的相互作用．对光信号产生的散射、吸收和湍流等效应。上述一系列效应对激光信号的传输产生巨大的影响、其中最为重要的影响效应有衰减、光束闪烁及抖动效应。通过一实验装置、利用CCD对通过大气信道的光束在不同能见度、不同大气条件和不同时刻等条件下对激光传输信号的图像的拍摄及所拍摄的图像的对比分析，验证了理论分析中的各种大气随机信道的效应。     

无线激光通信音频传输实验

设计了无线激光通信音频传输实验系统.在发射端采用对90 MHz载波信号调频方式调制放大信号后,再对半导体激光器进行强度调制;在接收端光信号由光电探测器转换为电信号,电信号经中频放大器、变频器和鉴频器解调出原始信号,原始信号再经功率放大器放大后由示波器接收.测量了实验系统音频传输的幅频特性、动态特性和延迟特性.实验结果表明:由于采用二次调制,系统抗干扰能力强,接收灵敏.     

无线光链路快速同步技术

介绍了一种小型无线激光通信系统的硬件结构以及针对该硬件的物理层收发协议。具体阐述了该协议中采用的快速同步技术,该技术能够降低通信终端间同步过程中的带宽浪费。在硬件结构中,主要介绍了激光驱动系统、信号放大和整形系统以及信号接口。硬件相关的物理层协议主要用于外部信号接口、数据流的串行化和解串行化、传输错误在线检测以及传输调度。系统主要针对地基无线光通信设计,使用多相位采样技术在本地生成接收端的采样时钟,与基于PLL的时钟复原方法相比具有更快的同步速度,有效提高了无线光通信系统的带宽利用率,降低了通信误码率。     

无线激光通信在高速视频传输中的应用

利用无线激光通信传输速率高的优势,设计并实现了一套622Mbps视频传输系统。将视频转换、数据处理、激光收发等功能集中在单块电路板上,提高了灵活性。使用片内异步先进先出队列（FIFO）组成乒乓操作,对连续视频数据流进行有效切换控制。采用曼彻斯特编码较好地从接收信号中恢复出数据和时钟,有利于接收串行数据流的边界检测和同步。实验表明,本系统可以稳定地传输视频,满足地面距离应用的需要,为进一步研究激光通信各项技术提供了平台。     

基于太赫兹量子级联激光器的无线信号传输的实现

文章采用连续波激射的太赫兹量子级联激光器(THz QCL) 为发射端、光谱匹配的THz量子阱探测器(THz QWP) 为接收端, 搭建了基于THz波的无线传输演示系统. 测量并分析了该演示系统的传输带宽. 采用搭建的无线传输系统演示了基于4.13 THz电磁波的图片文件的无线传输过程, 得到了与源文件一致的结果, 验证了采用THz QCL和THz QWP进行THz信号无线传输的可行性.最后, 分析了演示系统的传输速率, 给出了提高系统传输速率的方法.     

基于光电振荡器的宽带射频下转换及在高清视频传输的应用

以无压缩全高清视频的光载无线传输为背景,通过研究宽带射频光子下转换技术,从而构建全高清视频的实时传输系统,其中下转换系统主要基于光电振荡器实现.由于光电振荡器的注入锁定,光微波信号中的载波信号被提取出来,并反馈至调制器,与宽带光微波信号混频,在光域实现信号下转换.实验论证了载频为10GHz,码率大于2Gb/s的信号下转换和有线无线传输.利用天线和光纤实现了距离为0.5 m的无线分发和距离为10km的有线传输.本文还成功实现了1.5Gb/s无压缩高清视频信号的实时传输.实验结果表明,该系统具有大带宽、抗电磁干扰等优点,同时利用光电振荡器的自动相位跟踪技术,无须外加锁相等操作.整个下转换系统简单稳定,为高清视频的有线无线传输提供了论证和演示平台.     

基于光电振荡器的宽带射频下转换及在高清视频传输的应用

以无压缩全高清视频的光载无线传输为背景,通过研究宽带射频光子下转换技术,从而构建全高清视频的实时传输系统,其中下转换系统主要基于光电振荡器实现.由于光电振荡器的注入锁定,光微波信号中的载波信号被提取出来,并反馈至调制器,与宽带光微波信号混频,在光域实现信号下转换.实验论证了载频为10GHz,码率大于2Gb/s的信号下转换和有线无线传输.利用天线和光纤实现了距离为0.5m的无线分发和距离为10km的有线传输.本文还成功实现了1.5Gb/s无压缩高清视频信号的实时传输.实验结果表明,该系统具有大带宽、抗电磁干扰等优点,同时利用光电振荡器的自动相位跟踪技术,无须外加锁相等操作.整个下转换系统简单稳定,为高清视频的有线无线传输提供了论证和演示平台.     

复杂大气背景下机载通信终端与无人机目标之间的激光传输特性研究

云层、气溶胶和大气分子是大气环境的主要组成部分.本文基于逐次散射法求解辐射传输方程,建立了复杂大气背景下机载无线光通信终端与地空无人机目标之间的激光传输模型.考虑真实大气背景中卷云、大气分子和气溶胶存在的情况下,数值计算了1.55 mm激光经机载通信终端发出后通过大气背景的直接传输和一阶散射传输后接收功率随无人机目标高度的变化关系,分析了飞机在云上、云中和云下以及卷云冰晶粒子有效半径、飞机与无人机之间的水平距离对接收激光信号传输功率的影响.数值结果表明:激光通过卷云传输的功率很大程度上取决于飞机在云上、云下或云中的位置;飞机与无人机目标之间的水平距离和卷云冰晶粒子的有效半径对激光直接传输和一阶散射传输影响较大;与云上大气相比,云下的大气分子和气溶胶对激光有较大的衰减.本文工作可为进一步开展地空链路上复杂大气背景对机载与低空无人机目标激光通信实验、无人机编队、指挥和组网技术的研究提供理论支撑.     

水下无线光OOK信道误码率分析

现有的矢量辐射输运（VRT）理论无法分析有限孔径条件下水下无线光通信信道特征,因此VRT误码率计算结果并不能很好地与实际系统相符。在分析水下光OOK信号激光传输模型的基础上,根据水下有限孔径光信道的特征,对三类海水中可见光水下通信系统的误码率进行了仿真和评估。仿真结果表明,水下光OOK系统可靠视频传输距离上限分别为远洋108m,近海65m和海湾11m,该结果为水下实时高码率激光通信系统设计提供了参考。     

水下平台对卫星上行激光通信研究

在合理选择通信系统参量和通信信道参量的基础上,利用Monte Carlo方法模拟了卫星接收到的水下平台上行激光通信信号.分析了卫星接收信号的空间和时间分布特性,以及与望远镜接收视场角的关系,并计算了接收信号的信噪比,得出了3°望远镜视场角和15 μs信号积分时间的优化参量.基于计算结果,根据激光脉冲的PPM调制方式和最大似然检测方法,计算了系统的通信误码率,同时分析了海气界面、云等传输介质对通信的影响.研究结果表明:根据文中给定通信系统参量,在典型海水、海气界面、云等环境条件下,卫星与激光信号中心水平距离5 km范围内信号误码率<10－4.因此位于水下60 m的水下平台可能实现对卫星上行激光通信.     

降雨对无线激光通信的影响

通过激光信号在雨介质中传输的实验发现,在大雨环境下,激光信号透射率要比在小雨或微雨的情况下大。这说明光信号在小雨时衰减较大,在大雨时衰减较小。这一现象与人们通常所认为的有所不同。针对降雨对激光信号的影响,根据Mie散射理论和Weibull雨滴尺寸分布模型,分析了不同尺寸的粒子对光的散射作用以及对衰减效率因子的影响,推导出单球粒子对光波的衰减公式,得到了衰减与降雨率的确定关系。通过数值计算发现,与小粒子相比大粒子的前向散射光强更大且更加集中;激光信号在雨介质中传输时,衰减系数在小雨时较大,中雨、大雨时较小,暴雨时不断增大。这一结果与实际情况较吻合,为激光在通信系统中的应用提供了一定的理论依据。     

雾对无线激光通信系统的影响

从雾的物理特性出发,对激光在雾媒质中的传播衰减特性进行了理论研究。分别给出了无线激光通信系统的信号模型、噪声模型和透过率,并给出了不同激光波长、能见度、测量距离和接收器视场角对无线激光通信系统的影响。最后,以工作波长为10.6μm的激光为例,利用衰减率与透过率之间的关系,给出了平流雾及辐射雾中激光雾衰减随能见度、接收器视场角等的变化关系。数值分析表明：激光波长、雾的能见度、测量距离和接收器视场角对无线激光通信系统均有较大的影响。     

一种基于导模共振的电光调制器研究

实验研究了基于导模共振的反射型电光调制器采用的棱镜耦合方式,在棱镜上面镀有4层膜,依次为银膜下电极-极化聚合物-缓冲层-金膜上电极。对这种衰减全反射（ATR）型的聚合物波导电光调制器进行了视频调制实验,采用静态偏置电压稳定模式同步角方法,结合对入射激光束进行监测,解决了视频调制中激光器噪声对模拟信号调制影响的问题,提高了工作稳定性。实验结果表明：该电光调制器具有良好的线性和较高的灵敏度。     

跨金属厚壁的视频超声无线通信系统

视频无线传输作为高速通信技术的重要应用场景之一,目前在跨金属超声无线通信领域还鲜见报道,为此,基于FPGA芯片采用单载波时域均衡技术(SC-TDE)搭建了一套高速的跨金属超声无线通信系统。系统以工作频率10 MHz的PZT超声换能器作为超声波的发射端和接收端,基于符号LMS算法在FPGA中构建自适应时域均衡器以实现回波消除。以系统摄像头所采集现场视频数据作为信号源,开展了在厚度50 mm铝板双侧之间的超声无线通信试验。结果表明在穿透厚铝板时,SC-TDE让系统接收信噪比由原来的12 dB提高到26 dB,使得实时视频无线传输得以实现。     

微型计算机在微弱光谱测试系统中的应用

本文报道了在我们研制的微弱光谱测试系统中微计算机的应用,介绍了数据采集、双机间的DMA传送数据、二维光栅扫描控制、应用微机改善信噪比、应用软件和图形显示等问题。着重讨论如何通过我们所做的研制工作,使性能较低的EG3003微计算机达到OMA系统所要求的水平。     

空间激光通信及其关键技术

通信领域中激光通信技术由于自身的优越性得到了广泛的应用。通过将空间激光通信与微波通信比较，介绍空间激光通信的优点：大容量、低功耗及体积小、质量轻等。叙述空间激光通信的基本原理。重点阐述空间激光通信系统大功率光源技术、高灵敏度抗干扰光信号接收技术、通信链路的快速及精确的捕获、跟踪和瞄准技术等关键技术。激光通信可广泛应用于军事、经济等各个领域，必将有广阔的发展前景。     

无线光通信中脉冲位置调制信号误码率的蒙特卡罗仿真

分析了在无线光通信链路中对激光脉冲应用脉冲位置调制的误码率,介绍了蒙特卡罗仿真方法的基本思想及其处理概率问题的方法步骤,并用蒙特卡罗仿真方法得到了脉冲位置调制信号的误码率.仿真结果表明,脉冲位置调制信号的误码率随入射光强的增大而减小,可用雪崩光电二极管对其进行探测以得到良好的接收性能.这对探讨脉冲位置调制光通信链路的系统特性和无线光通信接收系统的设计具有一定的参考价值.