屏幕通信是以动态条码为信息载体, 以可见光为媒介的近场通信方式, 因其抗干扰能力强、不占用频谱资源和部署简单等特点, 具有广泛的应用场景和极大的发展潜力。文章提出了一种基于深度学习方法的屏幕通信定位跟踪算法, 采用快速区域卷积神经网络(Faster R-CNN)算法对信息区域进行处理, 使光学摄像头在不依赖传统定位寻像图形的情况下智能定位携信区域, 进而提高单帧携信量; 采用卢卡斯-卡纳德(LK)光流法对抖动引入的帧间信息区域位置变化进行估计, 提升了连续帧处理速率从而提升了系统通信速率。实验结果表明, Faster R-CNN算法的平均精度均值(mAP)达到了90.91%, 同时引入LK光流法提升系统的处理效率, 相比于仅采用Faster R-CNN的算法处理时间缩短59.5%以上, 解决了终端系统处理能力瓶颈问题。

针对可见光通信(VLC)在室外传输受到强背景光干扰的问题,通过对室外强背景光环境下的可见光信道进行分析,并根据室外环境下主要干扰源为低频太阳光的特点,提出了一种基于硬件滤波的室外低频散粒噪声抑制方法。使用白光LED搭建了可达75 m的中远距离室外VLC系统,实现了室外强背景光干扰情况下的基于白光LED的低误码率点对点可靠通信。实验结果表明,该噪声抑制方法的系统误码率低于10 -5,数据传输速率可达8 Mbit/s。

鉴于可见光屏幕通信具有抗干扰能力强、不占用频谱资源和链路部署简单易于交互等特点，设计了基于卷积神经网络(CNN)的可见光屏幕通信系统。重点阐述了帧结构的定义、接收单元CNN模块的引入以及解析机制的设计。帧结构的定义确保了整个系统的可靠性，丰富了屏幕通信传输内容的多样性；CNN模块的引入使接收单元可以自动识别屏幕发送的内容，不依赖传统的定位检测图形，提高了智能化和信息携带量；两种解析机制的设计提高了屏幕通信的普适性。实验系统实现了96.4%的识别成功率，达到实时150 kbit/s和非实时300 kbit/s的通信速率，可以传输文本、图片和音频等类型的文件。

随着可见光通信系统研究的不断发展,解决可见光通信上行通信链路缺失的问题日益引起重视。建立双向可见光通信系统,意味着在系统两端的收发器件上需要同时实现光电转换与电光转换。提出了以发光二极管(LED)同时作为光信号收发元件的实时双向可见光通信系统方案,设计了时分复用方式的LED双向工作控制机制,实现了双向可见光通信。在不同的收发端仰角下进行了实时双向通信系统的实验,实测结果表明本系统方案仅以LED作为光收发元件、不需严格对准和中继放大即可实现2 m以上距离、8 Mb/s速率的实时双向可见光通信。

基于传输矩阵法和耦合模理论，分析相移光纤光栅的传输函数以及透射谱特性，结果表明相移光纤光栅具有较好的积分特性，并且相移光纤光栅的积分阶数与所插入的相移点数成正比。基于相移光纤光栅一阶积分特性设计出一种光脉冲整形结构，该结构可将高斯型超短光脉冲整形成平顶脉冲或对称三角形光脉冲。通过进一步调整结构中的加权系数，该系统还可输出非对称三角形光脉冲。当输入的高斯型光脉冲的脉宽发生±10%的波动时，仍然可以得到效果较好的平顶脉冲和三角形光脉冲，故所设计的光脉冲整形系统具有较好的稳定性。

基于传输矩阵法对马赫-曾德尔干涉仪的输出特性进行分析, 结果表明, 当干涉臂臂长差为中心波长与有效折射率比值的整数倍时,马赫-曾德尔干涉仪具有微分特性, 且微分阶数与级联的干涉仪数目成正比。根据信号系统理论知识, 利用马赫-曾德尔干涉仪的微分特性, 设计出基于马赫-曾德尔干涉仪的超短光脉冲合成系统, 并通过调节输入高斯脉冲及其各阶微分的加权系数, 将输入的高斯脉冲分别合成为平顶脉冲、三角脉冲以及抛物线型脉冲。改变高斯脉冲各阶微分加权系数与输入脉冲宽度发现, 输出脉冲波形基本保持不变, 系统的稳定性良好。

为了设计能够传输宽带低色散慢光的光子晶体波导, 以三角晶格圆形介质柱光子晶体结构为基础, 使用圆形散射元和椭圆形散射元进行周期性排列, 采用平面波展开法对所设计的耦合腔波导进行了仿真分析。结果表明, 调整缺陷行椭圆形散射元长轴Ra可以使导模最大群速度从0.035c降低到0.01c, 调节缺陷行短轴Rb的值, 可以再次降低导模群速度;通过改变微腔周围第1排两种散射元的面积比, 能够得到最大群速度0.0065c, 波长范围为3.25nm的低色散慢光; 将所设计的耦合腔应用于光缓存中, 计算得出缓存时间为76.82ps, 存储容量达到了15.56bit。这项研究对新型光子晶体慢光器件的设计和应用具有参考意义。

为改善普通马赫曾德尔干涉仪(MZI)滤波器的输出性能，采用将双微环谐振器与马赫曾德尔干涉仪相结合，设计出一种新的滤波器结构。采用信号流程图理论分析得出该结构的传递函数，并对输出端口的透射谱进行数值模拟分析。仿真结果表明，与普通马赫曾德尔干涉仪滤波器相比，当选择合适的耦合系数，双微环谐振器辅助马赫曾德尔干涉仪滤波器的透射谱顶部平坦，形状类似于方形，自由光谱范围达到了19nm，锐度因子为1.16，消光比为54dB，品质因子为94.5，滤波性能得到较大改善。详细研究了耦合系数和微环半径对滤波器输出性能的影响。

基于耦合模理论和传输矩阵法，对相移光纤光栅的反射谱、相移特性进行了分析.结果表明，相移光纤光栅随着相移点个数的增加，反射谱透射窗口数目增多，相移发生多次跳变，从而形成对信号的微分效应，并且相移的微分阶数与所增加的相移点个数成正比.设计出基于相移光纤光栅微分特性的脉冲整形器，通过优化高斯信号各阶微分的加权系数，将高斯型输入脉冲整形成近似方形或三角形状的输出脉冲，通过调整光纤光栅第一段与第二段的长度比，使输出三角脉冲形状的失真现象得到改善.分析输入的高斯脉冲的脉宽发生±5%的波动时，输出波形依然可以获得很好的三角和平顶方形脉冲效果，从而证明了所设计的脉冲整形器的稳定性和实用性.

运用传输矩阵法对串联耦合微环谐振腔透射谱进行分析，得出微环谐振腔具有梳状滤波特性。当一个周期脉冲序列通过微环谐振腔时，微环谐振腔的透射梳状谱对脉冲序列的频率进行选择，使得输出脉冲序列的频率增加，经过傅里叶逆变换后的输出脉冲序列周期变小。结果表明，随着频率倍乘数的增加，环半径相同的双环谐振腔相较于单环谐振腔，其输出周期脉冲序列的幅值更统一，脉冲序列频率倍乘(PRRM)效果更好；而串联耦合环半径不同的双环谐振腔能够在减少微环弯曲损耗的同时扩展自由光谱范围(FSR)，从而实现较好效果的PRRM；优化微环谐振腔的耦合系数，其输出的脉冲序列包络呈三角形，实用性大大提高。