1.1研究背景及意义

地球表面积的70%是海洋，这是一个我们探索研究较少的领域之一，今后也将变成重要的开发范畴。海洋包含了诸多尚未开发的资源信息，以及重要的海洋气候信息，在军事利用和商业开发等领域都有极为重要的作用，在信息通信领域的地位则更显得突出。进行可靠的水下通信的重要障碍是在从浅海岸水到深海或海洋的各种类型的水下环境中各种各样的物理过程产生的影响。当前水声通信的技术具有低带宽，高传输损耗，随时间变化的多径传播，高延迟和多普勒传播的性能受限制等不足，所有这些因素导致声音信道的时间和空间的变化，最终限制了系统的可用带宽。当前可用的水声通信可支持的数据速率长距离高达几十Kbps（范围在公里），短距离（几米）则是几百Kbps。根据传输距离，声学链路被分为甚长，长，中，短和甚短的链接。电磁波在导体中的传播距离与它的波长有着直接的关系，短波传播距离小，而长波的传播距离则会相对大一些，所以，对潜通信采用拥有超大功率的长波通信来实现。然而，即使采用超长波实现通信目的，其在海水中的传播能力也是有限的，最深仅有80m，而且超低频系统造价很高，数据率却比较低[2]，通信效果也并不理想。在1970s初期，水下激光通信技术逐渐得到了发展。借助水下激光通信技术，可以研制海洋观测系统、探测水下地形和分析海水的组成成分等相关工作。此外，还能够完成采集海洋学数据，监测环境污染、气候变化、海底的异常地震火山活动，探查海底目标，以及实现远距离视频通信等工作。另外，海洋水下激光通信在军事领域的应用和建立海底的传感器网络中也具有十分重要的作用。基于各个领域对于信息的需求在快速增长，激光通信技术的发展趋势也备受关注。目前,在浅水区域的测深方面,海洋激光测深技术已经显示出了比声纳更强的竞争力,成为一种具有广阔发展前景的海洋测深新技术。

随着时间的推移,激光通信技术在各研究机构和学者的共同努力下取得了长足的发展,通信能力有了大幅度的提高。虽然光波具有较高的带宽，但它们易受到其他传播效应的影响，比如温度波动，散射，色散和波束转向等。由于在光学频段存在严重的吸收率以及强大的反向散射悬浮粒子，因此无线水下通信只能在有限的短距离内实现。但是，水下光谱在蓝绿色波长处存在一个相对较低的衰减光窗口。为此，研究人员对水下无线光通信在蓝绿色的光源和探测器的发展的研究兴趣激增。蓝绿色的波长被证明在适度范围内的通信具有很高的带宽（高达数百米）。极好的方向性，方向不易产生偏差是激光光束的特征，这使激光光束传播具有了声束在传播过程中所不具备的能够将方向进行固定的稳定性。高分辨率是激光光束的另一个特性，这就表明接收到来自海底传送的图象成为了可能,通过图像我们可以勘察了解到海底地形和海底土壤特质等水文资料。借助具备激光发射和接收功能的系统,就能够使水下激光通信具有较高的传输速率、较高覆盖率和较好的灵活性等多种优点。在此前提下,借助激光技术进行海洋测深是除了船载声纳测深之外的另一种引起广泛重视的水下水深测量技术，它可以作为滩涂开发、航运、水资源利用、近海工程等方面的重要依赖手段。蓝绿激光在海水中具有明显的传输优势，将之应用于水下通信系统，可以实现更实时、更快速、更可靠以及更保密的信息传输。它可以作为我国在未来海战中的有力武器，充分研究蓝绿激光水下通信系统具有着十分重要的战略意义。