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Abstract
1 Institute for Electric Light Sources, School of Information Science and Technology, Engineering Research Center of Advanced Lighting Technology, and Academy of Engineering and Technology, Fudan University, Shanghai 200433, China
2 Department of Chemistry, University of Toronto, Toronto, Ontario M5S 3H6, Canada
In this work, a blue gallium nitride (GaN) micro-light-emitting-diode (micro-LED)-based underwater wireless optical communication (UWOC) system was built, and UWOCs with varied Maalox, chlorophyll, and sea salt concentrations were studied. Data transmission performance of the UWOC and the influence of light attenuation were investigated systematically. Maximum data transmission rates at the distance of 2.3 m were 933, 800, 910, and 790 Mbps for experimental conditions with no impurity, 200.48 mg/m3 Maalox, 12.07 mg/m3 chlorophyll, and 5 kg/m3 sea salt, respectively, much higher than previously reported systems with commercial LEDs. It was found that increasing chlorophyll, Maalox, and sea salt concentrations in water resulted in an increase of light attenuation, which led to the performance degradation of the UWOC. Further analysis suggests two light attenuation mechanisms, e.g., absorption by chlorophyll and scattering by Maalox, are responsible for the decrease of maximum data rates and the increase of bit error rates. Based on the absorption and scattering models, excellent fitting to the experimental attenuation coefficient can be achieved, and light attenuation by absorption and scattering at different wavelengths was also investigated. We believe this work is instructive apply UWOC for practical applications.
220.4830 Systems design 290.5850 Scattering, particles 290.5825 Scattering theory 230.6080 Sources Chinese Optics Letters
2019, 17(10): 100010
1 复旦大学 a.电磁波信息科学教育部重点实验室
2 b.信息科学与工程学院 通信科学与工程系，上海 200433
由大气湍流引起的闪烁效应是影响太赫兹无线通信系统性能的重要因素，为此提出了使用空间分集技术来改善受强大气湍流和噪声影响的太赫兹光子计数无线通信系统性能的方案，并分别推导了在开关键控(OOK)调制下基于Laguerre 模型采用发射分集、接收分集以及多输入多输出技术(MIMO)的系统在强大气湍流下的误码率表达式。数值分析结果表明，在自由空间使用分集技术可以有效对抗强大气湍流，降低通信系统的误码率，是一种在不利天气条件下提升太赫兹无线通信性能的简单而有效的方法。
太赫兹 大气湍流 空间分集 光子计数 Laguerre 分布 Terahertz atmospheric turbulence spatial diversity photon counting Laguerre distribution 太赫兹科学与电子信息学报
2015, 13(5): 700
中国科学院 安徽光学精密机械研究所，合肥 230031
为了更加准确地获得大气消光系数和后向散射系数，利用半解析Monte Carlo方法对云的大气多次散射激光雷达回波信号进行了模拟计算。分析了激光雷达接收视场角及光学厚度对多次散射回波信号的影响及水云和卷云多次散射因子与光学厚度的关系。激光雷达测量数据的对比结果表明，多次散射对卷云和水云消光系数影响较明显，而对后向散射系数的影响可以忽略。
大气与海洋光学 激光雷达 云 多次散射 Monte Carlo模拟 消光系数 atmospheric and ocean optics lidar cloud multiple scattering Monte Carlo simulation extinction coefficient
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽,合肥,230031
2 北京航空航天大学,仪器科学与光电工程学院,北京,100083
分析了直接探测测风激光雷达中的Fabry-Perot标准具透过率的非线性理论模型.根据实验测量数据,利用Levenberg-Marquardt算法对理论模型进行参数优化估值,获得测量数据的最佳拟合曲线.数值计算表明,pseudo-Voigt函数能快速且很好地近似计算Voigt线形.对于Fabry-Perot标准具的宽带光透过率频谱响应曲线,可以采用Voigt函数拟合,也可以采用pseudo-Voigt函数拟合;当透过率频谱响应曲线用于风速反演时,若采用pseudo-Voigt函数拟合会造成低于1 m/s的测速偏差,因此必须采用Voigt函数拟合.
激光雷达 Fabry-Perot标准具 Lorentz函数 Voigt函数 pseudo-Voigt函数 Levenberg-Marquardt算法
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽,合肥,230031
2 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京,100083
简述了多普勒测风激光雷达测风的意义,报道了多普勒测风激光雷达的发展动态.综合该领域的发展情况,按探测方式的不同,分相干技术和直接探测技术分别讨论了测风激光雷达的应用及其特点,比较了各种系统的性能.
测风激光雷达 相干技术 直接探测技术 边缘技术 条纹技术
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽,合肥,230031
2 苏州大学,物理科学与技术学院,江苏,苏州,215006
介绍了基于双Fabry-Perot标准具的测风激光雷达的工作原理,分析了大气分子散射对风速测量的影响,并给出了相应的数据处理方法.模拟并分析了两种不同迭代初值在1-3次迭代时产生的系统测量误差,给出了1 km和5 km处风速的测量误差.利用自行研制的一台多普勒测风激光雷达对合肥地区对流层风场进行测量,并用两种方法处理了实验数据.结果表明,改进的数据处理方法是切实可行的.
激光雷达 米散射 瑞利散射 风 数据处理
中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽,合肥,230031
介绍了直接探测多普勒激光雷达的系统结构和主要参数,给出了该系统进行大气风场测量的光束扫描方法,详细推导了三维风场的计算公式,给出了其风速和风向误差的求解方法.在径向风速均为1 m/s和扫描角度误差均为1°的情况下,水平风速和风向的误差分别为1.155 m/s和0.707°.给出了合肥地区对流层风场的测量结果,结果表明,采用该方法测量大气风场是切实可行的.
激光雷达 VAD技术 风场 误差
1 苏州大学物理科学与技术学院，江苏 苏州 215006
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽 合肥 230031
导出了激光多普勒雷达基于Fizeau干涉仪及CCD探测器进行测风时，每个CCD元最终接收到信号的一般表达式。对系统的参数做了整体优化，得出一组优化参数。在0～3 km高度，得出系统风速误差小于0．16 m／s。对最终的风速反演分别运用最小二乘拟合法和重心法。分析表明最小二乘拟合法只适用于风速较小的情况。详细分析了运用重心法计算风速必然会引起的误差，并提出一种解决方法。修正后，在士30 m／s风速范围内，该方法产生的误差小于0．25 m／s。
大气光学 风速测量 激光雷达 Fizeau干涉仪 气溶胶散射 atmospheric optics wind velocity measurement lidar Fizeau interferometer aerosol scattering
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽 合肥 230031
2 苏州大学物理科学与技术学院，江苏 苏州 215006
已研制成功一台1064nm直接探测多普勒测风激光雷达，采用Fabry－Perot(FP)标准具的双边缘技术，用于探测对流层三维风场廓线分布。介绍了多普勒测风激光雷达的基本工作原理、总体结构和技术参数，较为详细地叙述了各部分的结构及其功能，并给出了合肥地区对流层风场廓线分布的初步探测结果。结果表明，该激光雷达性能稳定，达到了设计指标。
大气光学 激光雷达 风 多普勒效应 FP标准具 直接探测 atmospheric optics lidar wind Doppler effect FP etalon direct detection
1 苏州大学物理科学与技术学院，江苏 苏州 215006
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽 合肥 230031
基于Fizeau干涉仪测风激光雷达是利用线列探测器来测量Fizeau条纹的中心移动，以确定由于多普勒效应产生的激光频率变化的。系统噪声及激光本身的发射频率的线宽、光束发散角、发射光及回波信号光在通过干涉仪之前的光强不均匀性，以及探测器的内部结构等因素都会影响到风速的测量精度。本文对这些因素做了较为详细的分析，为提高系统测量精度提供了参考。
精度 均匀性 盲区 发散角 带宽 precision homogeneity dead space divergence angle linewidth 大气与环境光学学报
2006, 1(1): 0053
