本章在介绍了本课题的背景，激光水下通信对于当前国家的意义和目前国内外的研究近况做了一个详细的介绍，并且着重探讨了目前国内外在海洋通信系统的研究和对潜通信中的相关的技术发展，最后引出了本文的研究课题--激光对潜通信中激光光源的仿真设计，并介绍了本次课题研究的主要内容。

第二章 激光通信海水信道

2。1水下激光通信信道

激光在水下通信时，激光的衰减主要是因为海水中的某些成分对激光的吸收和对其的散射引起。而且激光衰减系数与光波波长、海水的成分含量比例及目的物在海水中所处深度都是有关系的。而温度与盐度对激光水下传输衰减的影响不大。波长的减小而会导致海水中溶解物质与悬浮粒子对光的衰减影响增大。由实际测量可以得知，在含有浮游生物的海水衰减系数是比纯水要大的。波长在400到600nm的范围内光波衰减系数较小也是最适合的通信的波长，当波长超过这个范围内时，衰减系数便开始明显的增大；但是由于在海水中存在有浮游植物，使得蓝绿光部分衰减系数最小，而红、紫光衰减系数最大。论文网

海水做为一种成分异常复杂以及各部分含量在不同波动的复杂混合物。但时盐类确实是海水中的最重要的组成部分之一，例如钠盐，钾盐等。研究发现海水中的盐对可见光的吸收基本上是可以忽略不记。而且由于大气的密度低于海水的密度，也就是说海水的内溶物比大气中的内溶物要丰富很多，因此激光在海水中的传输要更复杂多变，会出现扰动、吸收、散射、多径散射、热晕等一系列独有的影响因素。

2。1。1 海水吸收

海水中所含物质的成分是影响海水吸收特性的关键因素之一。海水含有水、可溶性物质、各种的悬浮体等物质。这些有机物中有的会包含“黄色物质”，这些黄色物质在可见光范围内对激光的水下传输会产生很大的影响，简单来说它对可见光具有很强的吸收能力[15]。河口和近海区往往会存在着比平均更多的黄色物质，这也导致了近海对光的吸收比起特海域要高。与之相反的是远海地区黄色物质存在较少，故而吸收做用也不是很明显。海水在对水下激光的吸收特性上会有很大的不同，这也是海水的易变性。例如在一片海水里深度不同、地点不同，时间不同，这片海水所呈现出来的光学特征也会变得不同。海水的吸收系数有着随深度的变化而吸收衰减会变小的关系。

2。1。2 海水的散射

海水的散射大致可以分为瑞利散射、米氏散射和透明物质折射。其中瑞利散射是由于海水本身所引起的，米氏散射是由于浮游粒子而引起的，其中透明物质的折射也会引起海水的散射。当我们研究时，我们会把纯水当做纯净物进行研究，把它做为H2O分子的散射，H2O的直径比可见光波波长小很多，并且入射光波长的分子散射远大于分子半径，所以我们可以运用瑞利散射来进行研究和建模。而海水中悬浮粒子引起的散射属于米氏散射问题。所以总的来说，散射函数会时时而变化[16]。

2。1。3 水空界面反射与散射

水空界面是存在反射，这是由于光在空气中的折射率与光在水中的折射率不同造成的。这也使激光在传输中不可避免的产生了能量上的损耗；在大海上，永远的风平浪静只存在想象里，事实上它是一个复杂且随机不确定的波动面，并且海面上也会存在海藻、泡沫、船舶等漂浮物，这对光束的传播造成了很大的影响。研究过程中，我们可以把这类现象视作一个低频随机噪声信号。

2。1。4 海水的扰动

    与大气湍流一样，海水中也存在类似的现象，我们把它统称为海水扰动。海水由于温度、盐度等因素在时时变化故而它拥有着变化的折射率。在海水扰动之下，光束传播路径上的不同地点的海水折射率也是时刻变化的。激光束的光强起伏问题在在海水扰动过程中也会存在。在水下光波通信中，与海面扰动相比，海水水体扰动造成的影响要小很多。