CN108418637A - 水下抗湍流高速光孤子通信系统 - Google Patents

水下抗湍流高速光孤子通信系统 Download PDF

Info

Publication number
CN108418637A
CN108418637A CN201810441854.1A CN201810441854A CN108418637A CN 108418637 A CN108418637 A CN 108418637A CN 201810441854 A CN201810441854 A CN 201810441854A CN 108418637 A CN108418637 A CN 108418637A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical
soliton
communication
fiber amplifier
communication system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810441854.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108418637B (zh
Inventor
张鹏
王阳
王大帅
李晓燕
陈纯毅
尚吉扬
刘闯
王天枢
张立中
佟首峰
姜会林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changchun University of Science and Technology
Original Assignee
Changchun University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changchun University of Science and Technology filed Critical Changchun University of Science and Technology
Priority to CN201810441854.1A priority Critical patent/CN108418637B/zh
Publication of CN108418637A publication Critical patent/CN108418637A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108418637B publication Critical patent/CN108418637B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/501—Structural aspects
    • H04B10/503—Laser transmitters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2589—Bidirectional transmission
    • H04B10/25891—Transmission components
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/29—Repeaters
    • H04B10/291—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H04B10/54—Intensity modulation
    • H04B10/541—Digital intensity or amplitude modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60—Receivers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B13/00—Transmission systems characterised by the medium used for transmission, not provided for in groups H04B3/00 - H04B11/00
    • H04B13/02—Transmission systems in which the medium consists of the earth or a large mass of water thereon, e.g. earth telegraphy

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

水下抗湍流高速光孤子通信系统，属于无线通信技术领域，为解决现有的水下激光通信系统存在的通信距离短、抗海洋湍流效应差、难以达到长距离高速率通信的问题，该系统为数据源通过电缆连接孤子激光器，孤子激光器输出端与光纤放大器一、ASE滤波器、光纤放大器二依次为光纤连接，光纤放大器二的输出端光纤端面位于准直透镜的焦点处，LBO倍频晶体与准直透镜、光学发射天线同轴准直放置；光学接收天线与光学发射天线同轴对准，海水池位于光学发射天线和光学接收天线之间；会聚透镜与光学接收天线同轴准直放置，光电探测器位于会聚透镜焦点处；光电探测器、滤波器和解调器依次电缆连接；本发明在海水信道高速长距离通信领域具有广泛的应用前景。

Description

水下抗湍流高速光孤子通信系统
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及基于光孤子抗干扰特性的水下高速远距离无线通信系统。
背景技术
水下无线通信(UWOC)是指通过使用无线载波即无线电波，声波和光波在无导向的水环境中传输数据,与无线电通信和水声通信相比，UWOC具有更高的传输带宽，从而提供更高的数据速率。由于这种高速传输优势，UWOC近年来引起了相当的关注，波长在400nm到580nm之间的光波在海水中衰减比较小，称为“蓝绿窗口”，目前UWOC系统中大多采用蓝绿激光器直接调制，信号多使用矩形和高斯形脉冲，大量实验显示此类系统满足不了长距离的通信要求，现有水下激光通信速率满足Gbps量级时，通信距离在几十米范围。。为此在保持高速通信的同时追求更远的通信距离是不可避免的趋势。
文献：Liu,Xiaoyan,et al."34.5m Underwater optical wirelesscommunication with 2.70Gbps data rate based on a green laser with NRZ-OOKmodulation."Solid State Lighting:International Forum on Wide BandgapSemiconductors China(SSLChina:IFWS),2017 14th China International Forumon.IEEE,2017.，其结构如图1所示，具体结构为网络分析仪1产生时钟信号驱动脉冲产生器2得到伪随机序列注入偏置器3，而偏置器3通过直流源4调节直流偏置。伪随机序列经过偏执器控制520nm激光器5产生调制后的光信号。光信号经过发射透镜组6准直发射后，再经过水池并通过接收透镜组8接收汇聚到APD光电探测器9的靶面上。通过光电转换后得到电信号与脉冲产生器2产生的时钟信号一起注入误码仪10和信号示波器11进行误码率和波形的测量。该系统利用520nm激光器直接调制的方法，并采用NRZ-OOK调制，实现了高速率远距离激光通信。不过该装置的速率受到直接调制方式的限制，通信速率再提高比较困难。所用的调制格式在海洋湍流中容易出现变形，存在数据传输距离近等问题，无法适应高速率远距离通信等领域的发展。
发明内容
本发明为解决现有的水下激光通信系统存在的通信距离短、抗海洋湍流效应差、难以达到长距离高速率通信的问题，提出了一种基于1064nm孤子激光器的水下抗湍流高速光孤子通信系统
本发明技术方案如下：
水下抗湍流高速光孤子通信系统，其特征是，其包括数据源、孤子激光器、光纤放大器一、ASE滤波器、光纤放大器二、准直透镜、LBO倍频晶体、光学发射天线、海水池、光学接收天线、会聚透镜、光电探测器、滤波器和解调器；
数据源通过电缆连接孤子激光器，孤子激光器输出端与光纤放大器一、ASE滤波器、光纤放大器二依次为光纤连接，光纤放大器二的输出端光纤端面位于准直透镜的焦点处，LBO倍频晶体与准直透镜、光学发射天线同轴准直放置；光学接收天线与光学发射天线同轴对准，海水池位于光学发射天线和光学接收天线之间；会聚透镜与光学接收天线同轴准直放置，光电探测器位于会聚透镜焦点处；光电探测器、滤波器和解调器依次电缆连接。
光学发射天线和光学接收天线对准后，数据源注入孤子激光器产生调制光信号，经光纤进入到光纤放大器一放大，放大后的光信号由ASE滤波器去噪声后由光纤放大器二进一步放大；放大后信号再通过准直镜准直进入LBO倍频晶体获得带调制信号的532nm通信光；通信光由光学发射天线发射并通过含海洋湍流的海水池后，由光学接收天线接收，接收到的通信光经过会聚透镜进入光电探测器转换为电信号，得到的电信号由滤波器处理后，再由解调器解调出通信数据，从而完成了水下的激光通信。
所述的孤子激光器为波长为1064nm激光器，可产生高重复频率的光孤子脉冲序列。
所述的光纤放大器一为掺杂Yb的小信号光纤放大器，用于放大弱小光调制信号。
所述的ASE滤波器用于滤去孤子激光器的噪声和光纤放大器引入ASE噪声。
所述的光纤放大器二是掺杂Yb的功率光纤放大器，用于放大通信光的功率。
所述的光学发射天线和光学接收天线镀532nm高反射膜，用于532nm通信光的接收和发射。
本发明的有益效果是：1)高功率高通信速率：相比于直接调节532nm激光器，1064nm激光器容易实现高通信速率(Gbps)，同时利用掺杂Yb光纤放大器可以增加发射功率有利于实现远距离通信，同时结构中在会聚透镜之前加入倍频晶体，将孤子源发出的近红外通信光转变为蓝绿光532nm，减小了海水由于散射和吸收对通信光的损耗，有利于实现远距离通信。2)抗湍流能力强：相比于传统通信，利用光孤子通信能有效抵抗海洋湍流的影响，能提高通信距离。
本发明水下抗湍流高速光孤子通信系统在海水信道高速长距离通信领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为现有有高速率远距离水下激光通信系统示意图。
图2为本发明水下抗湍流高速光孤子通信系统示意图。
图3为占空比为0.5和1的光孤子、高斯、矩形脉冲在海洋弱湍流采用IM-OOK调制时的误码率对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
如图2所示，水下抗湍流高速光孤子通信系统，其包括数据源12、孤子激光器13、光纤放大器一14、ASE滤波器15、光纤放大器二16、准直透镜17、LBO倍频晶体18、光学发射天线19、海水池20、光学接收天线21、会聚透镜22、光电探测器23、滤波器24和解调器25。
数据源12通过电缆连接孤子激光器13，孤子激光器13输出端与光纤放大器一14、ASE滤波器15、光纤放大器二16依次为光纤连接，光纤放大器二16输出端光纤端面位于准直透镜17的焦点处，LBO倍频晶体18与准直透镜17、光学发射天线19同轴准直放置。光学接收天线21与光学发射天线19同轴对准，海水池20位于光学发射天线19和光学接收天线21之间。会聚透镜22与光学接收天线21同轴准直放置，光电探测器23位于会聚透镜22焦点处。光电探测器23、滤波器24和解调器25依次电缆连接，解调器25输出为解调的数据。
光学发射天线19和光学接收天线21对准后，数据源12注入孤子激光器13产生调制光信号，经光纤进入到光纤放大器一14放大，放大后的光信号由ASE滤波器15去噪声后由光纤放大器二16进一步放大。放大后信号再通过准直镜17准直进入LBO倍频晶体18获得带调制信号的532nm通信光。通信光由光学发射天线19发射并通过含海洋湍流的海水池20后，由光学接收天线21接收，接收到的通信光经过会聚透镜22进入光电探测器23转换为电信号，得到的电信号由滤波器24处理后，再由解调器25解调出通信数据，从而完成了水下的激光通信。
所述的孤子激光器13为波长为1064nm激光器，可产生高重复频率的光孤子脉冲序列。
所述的光纤放大器一14为掺杂Yb的小信号光纤放大器，用于放大弱小光调制信号。
所述的ASE滤波器15用于滤去激光器的噪声和光纤放大器14引入ASE噪声。
所述的光纤放大器二16是掺杂Yb的功率光纤放大器，用于放大通信光的功率。
所述的LBO(三硼酸锂)倍频晶体18具有较高的匹配效率和激光损伤阈值等优点，用于将1064nm激光倍频到532nm即“蓝绿窗口”的范围内。
所述的光学发射天线19和光学接收天线21用于532nm通信光的接收和发射，镀532nm高反射膜。
所述的解调器25，用于信号的恢复和再生。
如图3为光孤子形、高斯形、矩形脉冲通信在不同信噪比(SNR)下的误码率变化曲线。由图可知，在SNR＝-10dB时，光孤子形脉冲要比传统的高斯形和脉冲矩形脉冲小3-4个数量级，故图3说明光孤子比传统通信更具有抗湍流干扰的性能，能进行更远距离的激光通信。
本发明可以得到高速长距离的水下光通信装置，随着各种光电器件的不断发展，将会得到更远距离的高速通信装置，并且其应用也将更加广泛。

Claims (7)

1.水下抗湍流高速光孤子通信系统，其特征是，其包括数据源(12)、孤子激光器(13)、光纤放大器一(14)、ASE滤波器(15)、光纤放大器二(16)、准直透镜(17)、LBO倍频晶体(18)、光学发射天线(19)、海水池(20)、光学接收天线(21)、会聚透镜(22)、光电探测器(23)、滤波器(24)和解调器(25)；
数据源(12)通过电缆连接孤子激光器(13)，孤子激光器(13)输出端与光纤放大器一(14)、ASE滤波器(15)、光纤放大器二(16)依次为光纤连接，光纤放大器二(16)输出端光纤端面位于准直透镜(17)的焦点处，LBO倍频晶体(18)与准直透镜(17)、光学发射天线(19)同轴准直放置；光学接收天线(21)与光学发射天线(19)同轴对准，海水池(20)位于光学发射天线(19)和光学接收天线(21)之间；会聚透镜(22)与光学接收天线(21)同轴准直放置，光电探测器(23)位于会聚透镜(22)焦点处；光电探测器(23)、滤波器(24)和解调器(25)依次电缆连接。
2.根据权利要求1所述的水下抗湍流高速光孤子通信系统，其特征在于，光学发射天线(19)和光学接收天线(21)对准后，数据源(12)注入孤子激光器(13)产生调制光信号，经光纤进入到光纤放大器一(14)放大，放大后的光信号由ASE滤波器(15)去噪声后由光纤放大器二(16)进一步放大；放大后信号再通过准直镜(17)准直进入LBO倍频晶体(18)获得带调制信号的532nm通信光；通信光由光学发射天线(19)发射并通过含海洋湍流的海水池(20)后，由光学接收天线(21)接收，接收到的通信光经过会聚透镜(22)进入光电探测器(23)转换为电信号，得到的电信号由滤波器(24)处理后，再由解调器(25)解调出通信数据，从而完成了水下的激光通信。
3.根据权利要求1所述的水下抗湍流高速光孤子通信系统，其特征在于，所述的孤子激光器(13)为波长为1064nm激光器，可产生高重复频率的光孤子脉冲序列。
4.根据权利要求1所述的水下抗湍流高速光孤子通信系统，其特征在于，所述的光纤放大器一(14)为掺杂Yb的小信号光纤放大器，用于放大弱小光调制信号。
5.根据权利要求1所述的水下抗湍流高速光孤子通信系统，其特征在于，所述的ASE滤波器(15)用于滤去孤子激光器(13)的噪声和光纤放大器(14)引入ASE噪声。
6.根据权利要求1所述的水下抗湍流高速光孤子通信系统，其特征在于，所述的光纤放大器二(16)是掺杂Yb的功率光纤放大器，用于放大通信光的功率。
7.根据权利要求1所述的水下抗湍流高速光孤子通信系统，其特征在于，所述的光学发射天线(19)和光学接收天线(21)镀532nm高反射膜，用于532nm通信光的接收和发射。
CN201810441854.1A 2018-05-10 2018-05-10 水下抗湍流高速光孤子通信系统 Active CN108418637B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810441854.1A CN108418637B (zh) 2018-05-10 2018-05-10 水下抗湍流高速光孤子通信系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810441854.1A CN108418637B (zh) 2018-05-10 2018-05-10 水下抗湍流高速光孤子通信系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108418637A true CN108418637A (zh) 2018-08-17
CN108418637B CN108418637B (zh) 2024-05-07

Family

ID=63138396

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810441854.1A Active CN108418637B (zh) 2018-05-10 2018-05-10 水下抗湍流高速光孤子通信系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108418637B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109343075A (zh) * 2018-10-23 2019-02-15 长春理工大学 用于分辨水下目标的激光偏振探测系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5080505A (en) * 1990-01-23 1992-01-14 Stc Plc Optical transmission system
US5625479A (en) * 1994-01-27 1997-04-29 Kokusai Denshin Denwa Kabushiki Kaisha Soliton optical communication system and optical transmitter and optical receiver therefor
CN102590822A (zh) * 2012-01-10 2012-07-18 长春理工大学 基于啁啾调制机理的激光雷达
CN104270193A (zh) * 2014-10-28 2015-01-07 长春理工大学 全双工猫眼逆向调制回复自由空间激光通信系统
CN206850214U (zh) * 2017-05-11 2018-01-05 上海瀚宇光纤通信技术有限公司 一种基于ase滤波技术的高功率光纤激光器光路
CN208539908U (zh) * 2018-05-10 2019-02-22 长春理工大学 水下抗湍流高速光孤子通信系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5080505A (en) * 1990-01-23 1992-01-14 Stc Plc Optical transmission system
US5625479A (en) * 1994-01-27 1997-04-29 Kokusai Denshin Denwa Kabushiki Kaisha Soliton optical communication system and optical transmitter and optical receiver therefor
CN102590822A (zh) * 2012-01-10 2012-07-18 长春理工大学 基于啁啾调制机理的激光雷达
CN104270193A (zh) * 2014-10-28 2015-01-07 长春理工大学 全双工猫眼逆向调制回复自由空间激光通信系统
CN206850214U (zh) * 2017-05-11 2018-01-05 上海瀚宇光纤通信技术有限公司 一种基于ase滤波技术的高功率光纤激光器光路
CN208539908U (zh) * 2018-05-10 2019-02-22 长春理工大学 水下抗湍流高速光孤子通信系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王阳: "海洋弱湍流条件下光孤子脉冲通信性能", 《中国激光》, vol. 45, no. 5 *
郭一博;: "自由空间光通信技术简介", 科技信息, no. 34 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109343075A (zh) * 2018-10-23 2019-02-15 长春理工大学 用于分辨水下目标的激光偏振探测系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN108418637B (zh) 2024-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sun et al. A review on practical considerations and solutions in underwater wireless optical communication
Cossu et al. Experimental demonstration of high speed underwater visible light communications
CN107302401B (zh) 一种基于波分复用技术的水下无线光通信装置及方法
CN104038292A (zh) 水下短距离高速无线光信息透明传输装置
CN105827356B (zh) 一种两路太赫兹波通信系统
CN107014478B (zh) 用于光纤矢量水听器的调制解调装置
CN103095380A (zh) 水下无线光通信装置及其方法
CN103532623A (zh) 基于偏振位移键控调制的光通信中继传输方法及系统
CN103051375B (zh) 无线激光通信外差检测系统及其检测方法
CN110289904B (zh) 逆向调制光通信中预补偿发送光功率的湍流抑制方法和装置
CN208539908U (zh) 水下抗湍流高速光孤子通信系统
Shubin et al. Overview of the NLOS ultraviolet communication technology
CN110113110B (zh) 水下可见光通信装置
Wei et al. Wearable full-duplex digital transceiver for underwater optical wireless communications
CN108418637A (zh) 水下抗湍流高速光孤子通信系统
CN208723903U (zh) 一种基于PAM4调制的400Gbit/s EML光收发模块
Lu et al. Experimental investigation of underwater weak optical communication using a photomultiplier tube receiver
CN114499696B (zh) 水下蓝绿光高速全双工动中通系统及方法
CN113726430B (zh) 基于多平面光转换的少模模式转换放大的通信接收装置
CN111342902B (zh) 基于光电倍增管的自适应距离的高速水下光无线通信装置
CN110890918B (zh) 基于非线性晶体的大功率水下无线激光通信系统及方法
CN107682044A (zh) 激光和微波混合传输系统
Mamatha et al. Underwater wireless optical communication-A review
CN108872994A (zh) 面向水下目标探测的光声混合雷达系统
Cossu et al. Real-time gigabit-ethernet transmission over optical wireless using off-the-shelf components

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant