激光在海水中的衰减特性

分析了光在海水中的吸收效应和散射效应;并通过使用半解析蒙特卡罗方法模拟了蓝绿激光在海水中的传输过程,获得前向散射光斑截面光子数随散射角平均余弦值、衰减系数、海水单次散射反照率和距离等参数变化而变化的规律,即随着传输距离的增加,前向散射光斑截面光子数增大,达到一定距离后,增加趋于平缓;光子数随着传输距离的增加呈类指数下降的趋势;相同传输距离、不同水质参数,光子数差异较大。研究结果对水下激光目标探测有一定的参考价值。     

舰船远场微气泡尾流的退偏特性

为研究船远场微气泡尾流对偏振光的消偏作用,采用偏振光传输的Monte Carlo模拟程序仿真了尾流气泡幕前向散射偏振度和穆勒矩阵元的二维分布模式,计算了入射光的偏振态、气泡幕的散射系数、气泡幕的厚度以及气泡平均粒径4个类型参量改变时尾流气泡幕前向散射的退偏特性.研究结果表明:尾流气泡幕前向散射偏振度随着入射光偏振态的变化存在不同的方位选择取向,相比于圆偏振光气泡幕对线偏振光有较强的退偏作用,尾流气泡幕退偏作用随着气泡幕厚度和散射系数的增加而增强,随着气泡幕平均粒径的增大偏振度的震荡增大并最终趋于平稳.     

激光在水下多径传输的蒙特卡罗模拟

该文采用蒙特卡罗方法模拟光子在海水中的传输并进行分析,详细地阐述了模拟光子在多次散射介质中传输的蒙特卡罗方法和步骤,建立了激光水下多径传输的蒙特卡罗模型,并利用这一方法成功的模拟了海洋激光通信过程中激光接收信号的波形,比较直观的观察到激光在水下传输的多径化现象.     

光在大气和海水信道中传输的能量衰减计算

考虑自然光和海水浮游生物等产生的背景辐射以及云层、大气/海水界面和海水等介质的光辐射透过率,利用星载激光对潜通信能量方程估算了潜艇接收信号能量衰减大约可达-112~-140 dB.利用Monte Carlo方法计算星载激光对潜通信水下接收光斑分布状况,选择63%光斑半径作为接收平面半径,不考虑光在传输过程中介质的吸收效应,计算了不同卫星高度和发射角.近海岸海域水下200 m和深海海域水下300 m接收信号衰减,信号能量衰减可达84 dB.由于未考虑吸收效应和光斑大小选择的原因,仿真计算结果稍小于理论估算.     

全球首次海水量子通信实验成功

正上海交通大学的研究人员成功完成了首次海水量子通信实验,观测到了光子极化量子态和量子纠缠可以在高损耗和高散射的海水中保持量子特性,在国际上首次实验验证了水下量子通信的可行性。海洋是全球量子通信的重要版图。但是,量子纠缠能否在海水中传播的相关研究却一直止步于验证实验。相比基于光纤和大气空间信道的量子通信,将海水作为量子通信信道的难度更高。海水盐度对光的折射率有影响,需要更精确地计算接收角度,而且许多理论研究都     

跨介质上行激光传输的蒙特卡罗仿真

为了研究跨介质上行激光在传输过程中的分布与损耗特性,基于蒙特卡罗方法改进了现有的激光传输模型。假设水下激光为光子的集合且光强服从高斯分布,通过追踪大量光子的传输过程,获得统计结果以分析海面风速和水下传输距离对接收面上的光子分布与权重的影响。结果表明,当海面风速一定时,水下传输距离越远,光子分布越发散,中心位置权重急剧下降;当水下传输距离一定时,较低风速对光子分布影响不大,随着风速增加,光子分布的发散趋势明显。因此可知,海面较大风速和水下较远传输距离对跨介质上行激光传输有较大的影响。     

电离层E层对星地量子密钥分发特性的影响

研究了采用3种不同波长信号进行通信时电离层E层对星地量子密钥分发系统特性的影响。首先，建立了电离层E层的传输模型，并得到了电离层E层的链路衰减计算式；分析了太阳天顶角和信号传输距离对3种波长信号链路衰减的影响。通过仿真实验分析了信道容量、纠缠保真度、量子误码率以及安全密钥率随太阳天顶角和信号传输距离的变化关系。结果表明，在实际应用中，为了获得较好的量子通信特性，推荐使用短波长量子信号，并尽量避免在中午前后传输量子信号。     

降雨对汽车防撞雷达系统性能的影响

针对全天候工作需求的汽车防撞雷达系统,以降雨这一自然环境为基础,通过分析降雨在雷达主要工作频段24、35、66、77GHz的散射和衰减特性,建立了三角调频连续波在雨介质中的传输模型,利用Matlab仿真了三角调频连续波在不同传输距离、不同降雨率下经过雨介质区后接收到的时域信号,并讨论了雨区传输距离和降雨率对汽车防撞雷达系统性能的影响。结果表明,降雨对回波信号幅度的衰减程度随传输距离、降雨率的增大而增大,且降雨率的影响比较明显。     

光子晶体窄带滤光器的应用

电磁波通信在无线大气通信中应用广泛,由于电磁波在海水传输过程中衰减很大而应用受到限制,当发现蓝绿激光在海水中传输存在低损耗特性后,可以使蓝绿激光在水下通信中得到广泛应用。利用光子晶体的光子禁带和光子局域的特性制作的一维光子晶体窄带滤光器,能够用于蓝绿激光水下对潜通信系统的接收端,几乎能够完全抑制在海水传输中低损耗窗口外的背景光和干扰光,有利于提高系统信噪比。     

水下成像探测能量阈值的分析

近年来,水下成像系统已成为海洋开发中必不可少的探测设备.在水下要清晰成像,成像接收器件接收到的能量必须满足能量阈值的要求.以光在海水中的传输特性为基础,分析光的能量传递过程,深入研究了水下成像接收器最低灵敏度与光子传递能量阈值关系.研究结果表明,可根据目标物的特性,科学设计辅助光源、选取摄像机的参数,合理布设光源、摄像机的位置.旨在建立全新的水下非均匀光场,为水下远距离、高清晰获得图像提供技术支撑.     

Underwater Distribution Field of Laser Through Wavy Surface of Water

Aimed at the properties of the absorption and the scattering of photons in the water, the process of sim-ulating by Monte Carlo method is analyzed. According to the slope distribution of wavy surface of water, the dis-tribution field of underwater laser is simulated, and some conclusions about the distribution field of laser through wavy surface in two different conditions are obtained. The characteristics of the distribution of laser in the seawa-ter at the same depth with different water qualities and in the seawater at different depths with the same water quality are computed. The results are significant to the design of airborne oceanic lidar.     

激光在海水界面上的传输特性分析

利用海-空界面的数学模型,对海面激光束的漂移和扩散作用进行分析.水下激光通信系统的光学信道是由大气、空-海界面和海-空界面以及海水组成;激光由海-空界面和空-海界面分别进行上下行传输.由于上下行信道的传输特性并非是简单可逆的,必须从两个不同的方面来分析激光在海水界面上的传输问题.通常海水界面不是平静的水平面,容易受到风力或其他外力的影响,产生随机起伏,降低接收光功率,由此提高了对接收机的要求.光在不同介质中的传播特性不同,大气和海水折射率的差别是影响激光传输的决定性因素.通过激光在空-海界面上的传输情况,建立海水→大气界面的数学模型,着重在理论上分析激光束在上行信道上通过海面的扩散和漂移规律.     

利用蒙特卡罗法描述光在水中多前向散射

利用蒙特卡罗法模拟光在水中的传播特性。把计算机提供的均匀分布的伪随机数 ,变换成为与描述媒质散射、吸收特性的函数一致的分布。把光线散射发生后相对坐标系变换成光线散射前绝对坐标系。模拟的结果表明 :经过海水散射的光是喇叭状展开 ,且中间的光子密度大 ,向四周逐渐减小。     

典型多尺度海面结构体辐射散射方向－光谱特性计算与分析

针对3级以上海况的高精度海洋场景红外仿真问题,提出一种“先拆后建”的研究思路:将含泡沫和破碎波的多尺度海面抽象为粗糙海面、泡沫、破碎波的组合,进而拆解出“粗糙海面”、“含泡沫粗糙海面”、“含破碎波粗糙海面”3类典型多尺度海面结构体,最后通过海面栅格化、结构体匹配、方向-光谱特性重构渲染等方法,由3类典型多尺度结构体方向-光谱特性组合重构大范围海面辐射散射特性,完成多尺度海面“气-面-体”耦合辐射/散射特性的计算。对拆解出的3类典型多尺度海面结构体分别开展多尺度耦合辐射、散射特性建模研究,构建3类多尺度海面结构体辐射散射方向-光谱特性计算模型,并对结构体辐射散射方向-光谱特性的影响因素进行分析,结果表明:随着海面风速的增大,海面典型结构体中的泡沫厚度及气泡浓度逐渐增大,使得结构体的散射能力增强,从而增大结构体的双向反射分布函数;随着探测波长的增大,海水的吸收性显著增强,导致不同风速条件下结构体双向反射分布函数之间的差异显著增大;对于不同的入射角,结构体双向反射分布函数最大值对应的天顶角随入射天顶角的变化逐渐发生变化。     

Restoring Polarization Angle Map for High-Fidelity Underwater Imaging

Obtaining polarization information enables researchers to enhance underwater imaging quality by removing backscattering effect and to distinguish targets of different materials. However, due to the simplified assumption of unpolarized target light, most of the existing underwater polarimetric methods lose part of the polarization information, resulting in degraded imaging quality. In this work, a novel underwater polarimetric method is reported, which obtains the angle of polarization (AOP) map to improve imaging quality. Specifically, the Stokes vectors were exploited to remove the backscattering effect by obtaining two pairs of orthogonal polarization sub-images of the underwater scene. The target reflected light and the angle between the polarization directions of the target reflected light and the backscattered light were computed through the two groups of the orthogonal polarized sub-images. The AOP map of the target light could be derived from the Stokes vectors. Then, the transmission map of the target light was estimated by using the non-local color priorly combined with the properties of light propagating underwater. Experiments show that the reported technique enables distinguishing different targets when the colors are similar. The quantitative metrics validate that the reported technique produces state-of-the-art performance for underwater imaging.     

单模保偏光纤中受激喇曼散射

本文详细地研究了双折射光纤的受激喇曼散射.我们已经观测到9级斯托克斯受激喇曼谱.讨论并测试了阈值和喇曼频移与泵浦光偏振方向间的关系,测试了当泵浦光偏振方向与光纤椭圆核的长轴或短轴平行时的传输损耗.并根据测得的阈值在理论上计算了各级斯托克斯线的喇曼增益系数.     

计算二维海面极化电磁散射的新方法

在基尔霍夫散射面元矩阵的基础上研究了一种计算二维模拟海面电磁极化散射的新方法,采用海面高度起伏矩阵以及x和y方向海面斜率矩阵描述二维海面,利用基尔霍夫近似推导出笛卡尔坐标系下椭圆极化入射时海面的散射场,得到了全极化雷达散射模型．仿真了不同条件下分形海面模型的全极化雷达后向散射截面及极化特征图,数值结果符合海面散射规律．由于该方法是对二维海面模型进行离散化分析,因此适用于多种海面模型．