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基于人们在海洋开发过程中的水下通信需要,水下无线光通信(Underwater Wireless Optical Communication,UWOC)应运而生,并凭借其丰富的带宽和速率优势,以及使用、维护上方便的特点在水下通信领域占据一席之地。然而,相比于水声通信,水下无线光通信的通信距离受到比较严重的限制。且在较长通信距离下,无线光通信设备收发端之间的对准要求也非常严格。本文旨在研究具有高灵敏度的单光子雪崩探测器和适合于长距离水下光信号传输的调制格式,并基于二者建立一种长距离、低光功率的水下无线光通信系统。本文中所研究的内容以及取得的成果如下:(1)我们首先调研和分析了近年来水下无线光通信的发展状况,总结了其中所用的调制方式和探测器件种类,并对其中适合于水下长距离信号传输的,具有高信噪比和能量利用率、低误码特性的脉冲位置调制(Pulse Position Modulation,PPM)方式和高灵敏度、具有信号强度分辨能力的多像素光子计数器(Multi-Pixel Photon Counter,MPPC)进行了原理、结构的学习和分析。进一步,我们对MPPC在数学上分析推导了单个光脉冲信号与一段时间内的多个光脉冲信号情况下的响应,讨论了光强、死区时间、信号宽度等参数对响应的影响,并介绍了利用等效光子阈值滤除MPPC中由背景光和暗计数引起的非信号脉冲的方法。(2)根据上一部分的分析和讨论,以结合了 PPM调制格式和MPPC的水下无线光通信系统来延长通信距离,并尝试了以极低的发射光功率在46m长的水下信道中进行通信。在基于蓝光激光和模拟输出型MPPC的水下通信试验中采用了 4阶至64阶的PPM信号和5 MHz至10MHz时隙发送频率,以最高发射光功率0.172 mW,最低发射光功率1.7μW 实现了无差错通信。同时,讨论了系统中如放大器,偏置电压等带来的问题和对通信的影响。(3)使用基于PPM调制、单颗低功率蓝光LED和含等效光子阈值的数字输出型MPPC的水下无线光通信系统进行46 m水下通信,并尝试了在5 MHz时隙发送频率下的8阶至64阶PPM信号的传输。结果以最高19.5 pW,最低3.4 pW的极低接收光功率实现了满足前向纠错条件的通信。同时通过对结果进行分析,验证了等效光子阈值设置在略低于入射光强的位置时能够有效率滤除噪声信号并简化信号幅度计算的功能。最后,对MPPC实际输出脉冲的过程模型与光子入射的理论过程模型进行了讨论,验证了弱光入射的情况下两者的高度相似性。