【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水下无线光通信，尤其涉及一种密集波分复用水下无线光通信系统。
技术介绍
1、由于从450nm到550nm的蓝绿色波长具有相对较低的衰减窗口，水下无线光通信(under water optical communication,uwoc)在清水和大洋水中表现出了高速和低延迟的特性。然而，不同波长的光在同一水质中具有不同的衰减系数，即不同波长的光对于不同水质的通信效果是不一样的。因此，使用单一波长或稀疏蓝绿波分复用技术的传统uwoc难以容忍水浊度的变化。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是，提供一种密集波分复用水下无线光通信系统，提高在不同浊度水质下通信的信号传输稳定性，显著提升传输距离和数据速率。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：
3、一种密集波分复用水下无线光通信系统，包括：发射机、接收机和数字信号处理模块；其中：
4、发射机，包括波长分别为λ1、λ2、λ3、……λn的多个直接调制半导体激光器和合束元件，用于在蓝绿光波段实现密集波分复用；
5、接收机包含：准直器和衍射光栅；其中，光在水下传播20～200米后散射成不规则的光斑，所述光斑由接收透镜收集并在准直器中压缩，衍射光栅用于解复用和分离不同波长的光；
6、数字信号处理模块，用于利用光电倍增捕捉光信号并将其转换为电信号，电信号由示波器捕捉，并在计算机上执行信号同步、解码和信道均衡。
7、作为优选，发射机集成多个不同波长
8、作为优选，发射机的波分复用通过n×1合束器实现，合束器为光纤合束器或者自由空间光合束器。
9、作为优选，当n＝7时，7种不同波长的带尾纤激光二极管基于sbc复用到一根多模光纤中；多模光纤连接到一个空间光准直器，以输出组合激光束；组合光束的直径为5毫米，通过准直器扩展到25毫米；准直光束进入水下信道，在20米的水下信道传输后，接收透镜、准直器和反射式衍射光栅用于解复用；接收的光束直径为30毫米，通过准直器收集并准直为6毫米直径的平行光束；使用一个衍射光栅分离所有7个波长。
10、作为优选，水下信道使用长2米、宽1米的水槽来构建光通信传输信道，放置在两侧短边的两个反射镜使光能够在水下传输20米的距离。
11、作为优选，发射机在波长范围为450nm到550nm的低衰减窗口内，实现波长范围为490nm到520nm的密集波分复用，最小通道间隔2nm。
12、作为优选，当n＝14时，14种不同波长的端面出射激光二极管(eel)基于sbc复用自由空间耦合的多模光纤中；多模光纤连接到一个空间光准直器，以输出组合激光束；组合光束的直径为25毫米；准直光束进入水下信道，在200米的水下信道传输后，接收透镜、准直器和透射式衍射光栅用于解复用；接收的光束直径为300毫米，通过准直器收集并准直为6毫米直径的平行光束；使用一个透射式衍射光栅分离所有14个波长。
13、作为优选，水下信道使用长50米、宽5米的水池来构建光通信传输信道，放置在两侧短边的两个反射镜使光能够在水下传输200米的距离。
14、作为优选，发射机在波长范围为450nm到550nm的低衰减窗口内，实现波长范围为450nm到520nm的密集波分复用，最小通道间隔3nm。
15、本专利技术具有以下技术效果：
16、1、在水下光通信中耐浊度特性好的密集波分复用技术。使用490nm至520nm波长范围内的七个不同波长的激光器，实现了高密度波长通道间的最小间隔为2nm的wdm技术，提高了数据传输速率和系统的浊度耐受性；使用450nm至520nm波长范围内的14个不同波长的激光器，实现了高密度波长通道间的最小间隔为3nm的wdm技术，提高了水下传输距离和系统的浊度耐受性。在不同水质条件下均能稳定传输，最高数据传输速率超过10gbit/s，有效解决了传统水下通信在浊度变化大时通信质量下降的问题。
17、2、采用空间光透镜组合，能够有效的控制合束光束在水下传播时的发散，并且完全收集传输到接收端的所有光束能量。通过设计准直扩束装置和缩束收集装置，保证了光在水信道中的高质量传输，减少了除水信道本身损耗带来的额外损耗，增强了系统的整体性能。
18、3、采用衍射光栅来实现密集波分复用中2～3nm的通道间隔分光。通过精确计算光栅的几何和衍射特性，实现了波长精确的分离和控制，使得不同波长的光信号能够在极小间隔内被有效分离。这种光栅设计不仅大幅度减少了设备的复杂性和成本，还提高了分光的精度和系统的整体效率。实际应用中，这种技术能够在高浊度和不同水质条件下，有效减少波长间的串扰，维持高数据传输率，极大地增强了水下通信系统的适应性和稳定性。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种密集波分复用水下无线光通信系统，其特征在于，包括：发射机、接收机和数字信号处理模块；其中：
2.如权利要求1所述的密集波分复用水下无线光通信系统，其特征在于，发射机集成多个不同波长的蓝绿激光二极管LD用于WDM；每个LD都加载由任意信号发生器生成的一系列伪随机二进制序列。
3.如权利要求2所述的密集波分复用水下无线光通信系统，其特征在于，发射机的波分复用通过N×1合束器实现，合束器为光纤合束器或者自由空间光合束器。
4.如权利要求3所述的密集波分复用水下无线光通信系统，其特征在于，当N＝7时，7种不同波长的带尾纤激光二极管基于SBC复用到一根多模光纤中；多模光纤连接到一个空间光准直器，以输出组合激光束；组合光束的直径为5毫米，通过准直器扩展到25毫米；准直光束进入水下信道，在20米的水下信道传输后，接收透镜、准直器和反射式衍射光栅用于解复用；接收的光束直径为30毫米，通过准直器收集并准直为6毫米直径的平行光束；使用一个衍射光栅分离所有7个波长。
5.如权利要求4所述的密集波分复用水下无线光通信系统，其特征在于，水下信道使用长
6.如权利要求5所述的密集波分复用水下无线光通信系统，其特征在于，发射机在波长范围为450nm到550nm的低衰减窗口内，实现波长范围为490nm到520nm的密集波分复用，最小通道间隔2nm。
7.如权利要求3所述的密集波分复用水下无线光通信系统，其特征在于，当N＝14时，14种不同波长的端面出射激光二极管(EEL)基于SBC复用自由空间耦合的多模光纤中；多模光纤连接到一个空间光准直器，以输出组合激光束；组合光束的直径为25毫米；准直光束进入水下信道，在200米的水下信道传输后，接收透镜、准直器和透射式衍射光栅用于解复用；接收的光束直径为300毫米，通过准直器收集并准直为6毫米直径的平行光束；使用一个透射式衍射光栅分离所有14个波长。
8.如权利要求7所述的密集波分复用水下无线光通信系统，其特征在于，水下信道使用长50米、宽5米的水池来构建光通信传输信道，放置在两侧短边的两个反射镜使光能够在水下传输200米的距离。
9.如权利要求8所述的密集波分复用水下无线光通信系统，其特征在于，发射机在波长范围为450nm到550nm的低衰减窗口内，实现波长范围为450nm到520nm的密集波分复用，最小通道间隔3nm。
...【技术特征摘要】
1.一种密集波分复用水下无线光通信系统，其特征在于，包括：发射机、接收机和数字信号处理模块；其中：
2.如权利要求1所述的密集波分复用水下无线光通信系统，其特征在于，发射机集成多个不同波长的蓝绿激光二极管ld用于wdm；每个ld都加载由任意信号发生器生成的一系列伪随机二进制序列。
3.如权利要求2所述的密集波分复用水下无线光通信系统，其特征在于，发射机的波分复用通过n×1合束器实现，合束器为光纤合束器或者自由空间光合束器。
4.如权利要求3所述的密集波分复用水下无线光通信系统，其特征在于，当n＝7时，7种不同波长的带尾纤激光二极管基于sbc复用到一根多模光纤中；多模光纤连接到一个空间光准直器，以输出组合激光束；组合光束的直径为5毫米，通过准直器扩展到25毫米；准直光束进入水下信道，在20米的水下信道传输后，接收透镜、准直器和反射式衍射光栅用于解复用；接收的光束直径为30毫米，通过准直器收集并准直为6毫米直径的平行光束；使用一个衍射光栅分离所有7个波长。
5.如权利要求4所述的密集波分复用水下无线光通信系统，其特征在于，水下信道使用长2米、宽1米的水槽来构建光通信传输信道，放置在两侧短边的两个反射镜使光能够在水下传输20米...
【专利技术属性】
技术研发人员：章廓廓，孙彩明，张爱东，
申请(专利权)人：深圳市人工智能与机器人研究院，
类型：发明
国别省市：
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