针对水下光通信受湍流、生物活动等影响引起链路失准，或通信距离改变导致接收光强变化较大的问题，结合直流偏置正交频分复用光信号的特点，提出了一种自适应光强探测电路。该电路通过自动增益控制技术调整对接收信号的放大倍数，输出稳定的电信号。首先对自适应光强探测电路的相关参数进行理论分析和仿真验证，然后设计研制该电路并进行空气信道和水下信道的实验测试。结果表明，该电路能够实现对不同强度光信号的自适应调节，输出电信号峰峰值基本稳定在600 mV左右，波动范围为-3.3%~3.3%。

在脉冲法激光测距系统中，由于电光/光电转换、目标物的位置及反射率变化，回波脉冲的幅值和脉宽通常会发生改变，导致直接使用固定阈值法时测距系统会产生较大的误差。虽然自动增益控制系统可以减少该误差，但当前大部分自动增益控制都是通过峰值保持电路测量回波脉冲的峰值，存在保持峰值衰减、不稳定、响应速度慢等问题。为此，本研究使用250 MHz高速模数转换模块采集回波脉冲的峰值，并在现场可编程逻辑门阵列内实现峰值保持与清零。与带有峰值保持电路的自动增益控制系统相比，该系统具有电路简单、电压峰值不会衰减、响应速度更快等优点。实验结果表明：设计的带有改进型自动增益控制的激光测距系统可以有效地把回波幅值控制在较小范围内（0.76~1.44 V），从而减小测量误差。

传统上使用机械旋钮调节光电倍增管 (PMT) 增益的方法不仅存在需要人为依据经验手动操作、准确性差等弊端, 而且 PMT 增益易受温度影响, 需要根据环境温度动态调整 PMT 的高压, 这些局限性都不利于其在激光雷达系统中的应用。为了便于对 PMT 进行增益调节并保持 PMT 增益的稳定, 设计了可用于激光雷达系统的 PMT 控制电路板, 该电路可使用计算机实现增益调节和高压的温度自适应调节, 从而精简了信号探测系统的结构与体积, 提升了信号的稳定性。本工作采用内置高压电源的 H10721-20 型 PMT, 并基于 STM32 单片机结合数模转换器 (DAC) 和外围电路完成控制电路板的设计并进行实际制作。进一步对使用电位器调节的 PMT 和利用所提出的控制方法进行调节的 PMT 进行了高压稳定性的对比实验, 并对使用 PMT 控制电路板的米散射激光雷达的性能进行了测试。实验结果表明所提出的控制方法可实现更稳定的 PMT 增益控制, 设计的 PMT 控制电路板具有良好的可靠性。

基于65 nm CMOS工艺设计了一种56 Gbit/s PAM4 光接收机前端放大电路。前级为差分形式的跨阻放大器, 采用共栅前馈型结构降低输入阻抗, 并在输入端串联电感, 有效提高了跨阻放大器的带宽和灵敏度。后级放大器采用具有线性增益控制的多级级联可变增益放大器, 实现对输出摆幅的自动控制。输出缓冲器采用源极退化技术来拓展带宽。后仿真结果表明, 在100 fF光电二极管的寄生电容条件下, 所设计的光接收机前端电路的-3 dB带宽为24.4 GHz, 最大增益达到66 dBΩ, 等效输入噪声电流为17.0 pA·Hz-1/2。在输入电流变化及不同工艺角下, 输出眼图抖动较小且张开度良好。当电源电压为1.2 V时, 不同工艺角下的平均功耗为42.5 mW。

随着5G时代的到来，自由空间光通信成为无线通信领域的研究热点，限制激光通信系统在大气信道下发展的主要因素是湍流闪烁效应。为了提高激光通信系统在大气信道下的通信性能，本文提出了一种基于雪崩光电二极管自适应增益控制的激光传输终端大气湍流的抑制方法，建立了大气湍流信道时域频域模型，编写了一套闭环调节算法并在湍流条件下搭建了具有自适应增益控制算法的无线激光通信实验。结果表明：在弱湍流条件下，光强闪烁方差由0.057降低至0.023，开启自动增益控制的功率谱曲线更加符合5/3次幂律谱，系统误码率降低两个数量级。经多次试验证明，自适应增益控制算法有效地抑制了湍流引起的信号功率波动，实现了高抗干扰能力的无线激光通信。

为了处理宽动态范围的激光脉冲回波信号, 设计了一种带有自适应增益控制技术的模拟前端。通过分段调节跨阻放大器的跨阻增益, 实现了在1 μA~1 mA范围内输入电流与输出电压近似线性的关系。提出了自触发使能方法, 可以在没有外部清零信号的情况下连续接收回波信号。提出了一种新型差分移位时刻鉴别电路, 能有效减小行走误差。电路采用0.11 μm CMOS工艺设计, 后仿真结果表明, -3 dB带宽为530 MHz, 最大跨阻增益为103 dBΩ, 等效输入噪声电流谱密度为6.47 pA·Hz-1/2@350 MHz, 输入动态范围为60 dB, 功耗小于100 mW。该模拟前端电路设计适用于飞行时间脉冲激光雷达。

设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)等精度测频与自动增益控制(AGC)电路的高精度声表面波测量仪，该测量仪通过声表面波传感器采集声波并转化为电信号，通过AGC电路与施密特触发器对信号限幅、整形，将其转化为可测频率的方波，最后利用FPGA测频电路实现对频率的测量，并将结果传送至单片机显示。测试结果表明，该测量仪能测量频率100 Hz~100 kHz的信号，系统的最大测量误差为1.2%，测频范围广，精度高，稳定性好。

针对信道数变化等原因造成的剩余信道输出增益漂移现象, 研究了一种竞争型全光增益控制放大器, 可以实现对宽输入功率范围信号的增益控制。对光功率在-40～5 dBm范围内的输入光, 将增益漂移量由22.0 dB降低至0.4 dB。在多信道情况下, 将信道数变化和信道功率变化引起的增益漂移量分别降低至0.23和0.10 dB。该放大器的工作范围与控制幅度都要优于传统的全光增益方法, 对于控制剩余信道输出增益稳定具有重要参考价值。

具有猫眼效应的光电观瞄侦察设备已成为现代战场的巨大威胁, 为了实现对猫眼目标的有效探测, 对激光探测猫眼的原理进行分析, 根据猫眼效率的影响因素, 给出了猫眼目标探测效率受猫眼目标、背景和距离影响的结论。基于此, 设计了一种激光探测系统数字化时间增益控制器, 实现时间增益控制曲线的灵活配置, 提高激光探测系统对不同应用环境的适应能力。