伴着时代的步伐, 激光通信技术亦是大步前进,通信能力极大的增强。有数据表明,蓝绿激光在海水中传播损耗较低,其波长大约是在400-600nm的波段,当水质较好时,其衰减会很低,这也被人们称为海水通信的“蓝绿窗口”。在这种“蓝绿窗口”下,能够提供高出1Gbit/s的高数量级的数据传输率[3]。其超高的传输速率是水下激光通信的优势之一。不但如此,激光光束还具有的方向性好,方向受干扰的因素少,且影响小,这也是声波所没有的优点。而且高分辨率的激光光束特性甚至能够显示出海底的影像,并可以详细地观察分析海底地形以及土壤的性质。甚至可以与地面通信相差无别。如果在这种背景下,利用激光技术将会引发一场的水下水深测量技术的巨大变革。若采用蓝绿激光水下通信,将会使水下通信做到更快速、更实时、更可靠以及更保密将会成为我国潜艇发展的一个里程碑。作为我国在未来的海中作战的最有力的保障,蓝绿激光水下通信系统的研究有巨大的意义也是不可阻挡的潮流。
但是,水具有吸收和散射光波的作用,光波进入后会在传输过程中衰减,并且一部分会被水散射掉,能到达海底的只有一小部分[4],同时由于水底反射的作用也被损耗掉了一部分。同时如果水体的悬浮物浓度很高,激光就有可能无法到达水底而被损耗掉。对近海的海域内来说,浅水浪大,人类活动明显,水质较差,并且时有海底的泥沙被卷起,水质较为浑浊;而且在所研究的海域范围内属于潮流通道之中水的流速快力量大,反复冲击边坡地带的海底,使泥沙翻涌不休,含沙量较高;在海边的区域,水流作用于海底泥沙的影响愈大,这会使得海里的比较松散的沉积物不断地朝着岸边积累[38],岸边沉积物丰富比远海内侧丰富很多,使得水体垂线上浮动的泥沙等杂物的平均含量比起平均值来要高很多。海域之中,海水中沙子的含量受所处海域的影响近海含沙量高,反之远海含沙量低。在近海中,地形简单的海域,含沙量较低,反之则高[4]。激光在海水传输过程中的衰减程度是决定激光是否能达到水底的关键,光在海水水体中衰减的水平我们一般用衰减系数来表示。相较于西方发达国家,我国对激光水下通信系统的研究起步晚,目前整体上还处于落后状态,在关键技术上的差距更是明显,但是我国研究现状是后劲十足,大批的研究者纷纷投身于其中。故研究海水对激光的衰减是发展水下光通信技术的起楼之基。
1。2 水下激光通信的国内外发展现状
1。2。1国内研究现状
1。2。2国外研究现状
1。3本文研究的主要内容
海水作为一个复杂的物理、化学、生物组合系统,它里面包含着各种各样的可溶解的物质、有机物等。它是不均匀的且不确定的,导致光波在水下传播过程的衰减也会变得不同。这是由于在不同的的地方、水的不同深度、不同气候、不同洋流等因素导致的。因此拥有一种较为大众化的分析方法是非常有必要的。但这仍然需要探索。海水的组成成分影响了其光学特性。其黄色有机溶解物质[11]和悬浮体的成分比较复杂,我们一般认为它是一类包含着腐殖酸和棕黄酸的有色且可融的有机物。它可以吸收蓝色的,这使得黄色物质较为多的海域会常常呈现出淡黄色。水下光波通信远比在光波在大气中的传输所受影响的因素多很多,对各种海域的水质影响而言很难用单一的数学模型进行模拟。这对激光光源的要求就更高了,故本文会就对潜激光光源的仿真设计进行研究和探讨。
1。4 本章小结