2。1。5 海水的热晕效应
对光波的能量的吸收,在空气中要比海水中小的多,这也就导致了光束在海水中的热晕效应要更加明显,对光的传输的影响也更加严重[36]。同时,由于海水受热而引起的水的气化会在水中产生气泡,这会大大加大对光束的散射,造成巨大的影响。为此,水下激光通信的建设中,在总发射光功率不降低的前提下,尽量避免光束过于集中,导致光道内的海水温度急剧升高,产生水汽导致大量的气泡的产生。
2。1。6 海水的多径散射
多径散射是由于带宽对于光波来说过于窄小而导致海水的散射而引起的,导致了散射脉冲场被反射到接收机,并合成畸变的光脉冲形状。海水中各种粒子的直径大小和粒子间的密度对光在水下的传播有很大的影响。单次散射的理论适用于低密度大尺寸粒子,它可以使光衰减,多次散射的理论适用于高密度小粒子,除了衰减光波外,还会使光束散射和使得光波的波前产生随机相位漂移[18]。
2。2 海水的成分
我们赖以生存的地球可以粗略的划分为海陆空三个部分,而海洋的面积占全球总面积的三分之二还多。甚至可以称之为水球。水是生物圈的赖以循环的载体,它无处不在。中国亚欧大陆之东南部,被太平洋和印度洋包围。中国地域广袤,属于中国的海洋,中国的海洋面积更是达到了473万平方千米。资源很丰富,只是等待我们的发掘。像黄海、渤海、南海、东海和台湾海峡以东等的海域更是属于中国的近海区域[17]。
海水作为一种很复杂的多组分多项体系的水溶液,其内的各种元素都是以一定的物理化学状态而存在的。海水中溶解的有机物也是十分复杂的,其主要成分是一种叫做“海洋腐殖质”的物质。它主要表现出来的光学性质与陆地上植被被分解而生成的腐殖酸和富敏酸相比是比较类似的。海洋的成分可以大体上五大类:第一类,也是海洋中的主要成分,即大量元素和常量元素;第二类,海水中会溶解的气体分子,例如氧气、氮气及其其他的惰性气体等;第三类主要是一些营养元素,例如N、P等元素;第四大类则是微量元素;第五大类则是有机物质,例如海洋腐殖质、各类氨基酸等。近海海相较与远海海水来说水中有机物、浮游生物等的含量要高很多。因此远海则就比近海的海水清澈许多。
2。2。1纯水文献综述
从学术上来说,纯水又叫做高纯水,是指在化学上纯度极高的水。它是干净的,但是它里面也是会溶解一些非常非常微量可以几乎忽略的其他物质是不含有杂质和细菌的水。它的制取方法一般是由海水通过电渗析器法、离子交换器法、反渗透法、蒸馏法等加工方法来得到的。其内的盐度很低,浮游生物、各类悬浮物、黄色有机物及其他的影响激光水下传输的物质因素可看做忽略的状态。我们可以看做此时影响激光在水下传输时的唯一影响因素只有水分子H2O一种。并以此来使实验数据变得更准确一点,提高研究准确度。
2。2。2 海水中的黄色有机物质
黄色有机物是指溶解在海水之中的一种结构复杂的有色有机化合物所组成的混合物,它的主要组分有富里酸(FA)、腐殖酸(HA)等尚未鉴别的溶解有机碳(DOC),它能与金属形成强络合物。它是海水中溶解有机物DOM的一部分。DOM是生物体中的有机物被分解后的一种产物,而且它的生物化学特性非常的稳定。它能够在吸取蓝色光谱的光同时能够将蓝色的光散射,在海水中时常呈现淡黄色。它在国内常称为 “黄色有机物质”[16],而国外它的称谓则是“有色可溶性有机物质(chromophoric diss olvable organic matter,英文缩写“CDOM”)。它最早是在三十年代,科学家kalle用分光法发现的,而今我国的科研工作者已经成功的用GDX-102吸附树脂成功的从海水中分离出了这种物质,并进行了初步的化学表征研究。海水中的黄色有机物的来源主要有两种,一种是外来的,通过河流而进入了大海,第二种,则是原地的,即在海水中产生的[39]。经研究发现,原地生成的黄色有机物质是一种高分子化合物,是浮游生物体的降解产物——游离的碳氢化合物与氨基酸相互做用产生的。黄色有机物质对激光在水下的传输有着十分明显的吸收作用,在水体的生物和化学过程中都起着非常重要的作用[18]。因此研究黄色有机物质对激光传输的影响具有重要的现实意义[18]。