探析紫外光通信技术原理及应用
紫外光通信技术发展及应用研究
ａ 叶技２ ０ １ ４ 年 第 ２ ７ 卷 第 ８ 期
Ｋｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｂ ｌ ｉ ｎ ｄ ｒ ｅ ｇ ｉ ｏ ｎ ；ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｖ ｉ ｏ ｌ ｅ ｔ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ — ｅ ｍ ｉ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｄ ｉ ｏ ｄ ｅ（ Ｕ Ｖ Ｅ Ｄ ） ；ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｎ ｅ ｔ ｗ ｏ ｒ ｋ ｓ
Ｌ Ｉ Ｕ Ｘｉ ａ ｏ ｇ ｕａ ｎ ｇ ．Ｗ Ｕ Ｚｈ ｏ ｎ ｇ ｌ ｉ ａ ｎ ｇ
（ １ ． Ｒ ＆ Ｄ，Ｎ ｏ ． ７ ０ １ Ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｐ Ｌ Ａ（ Ｎ ） ，Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ １ ５ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｒ ＆ Ｄ Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ ，Ｘ ｉ ’ ａ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ Ｒ ａ ｄ ｉ ｏ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，Ｃ Ａ Ｓ Ｔ ，Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ８ ６ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
在 复杂 战场 环境 中 ， 无 线 电通 信设 备 不 仅 互 相 之 间 产
生 干扰 ， 且会 受 敌方 的 强 电 磁 辐 射 干 扰 。 （ ２ ） 无 线 电
通 信 的保 密 性较 低 ， 其 发 射 的 电磁 波 可在 较 远 的地 方
ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ｏ ｆ ｇ ｏ ｏ ｄ ｓ ｅ ｃ ｕ ｉ ｒ ｔ ｙ ，ｐ ｏ ｗ ｅ ｆ ｒ ｕ ｌ ａ ｎ ｔ ｉ － ｊ ａ ｍｍｉ ｎ ｇ ，ｎ ｏ ｎ — ｌ ｉ ｎ ｅ ｏ ｆ ｓ ｉ ｇ ｈ ｔ（ Ｎ Ｌ Ｏ Ｓ）ａ ｎ ｄ Ｏ ｍｎ ｉ － ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｃ ａ ｐ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ． Ｄ ｉ ｉｃ ｆ ｕ ｌ ｔ ｔ ｏ ｂ ｅ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｃ ｅ ｐ ｔ ｅ ｄ ，ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｖ ａ ｒ ｉ ｏ ｕ ｓ ｃ ｌ ｏ ｓ ｅ － ｊ ａ ｍｍｉ ｎ ｇ ｍｉ ｌ ｉ ｔ ａ ｙ ｒ ｃ ｏ ｍｍ ｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ
紫外光纤传输效率
紫外光纤传输效率1.引言1.1 概述紫外光纤传输是一种利用紫外光作为信号传输媒介的技术。
在传统的光纤通信中，常用的光源是可见光，在光纤中进行信号传输。
而紫外光纤传输则采用了紫外光作为信号源，具有更高的传输效率和更大的带宽。
传统的光纤通信中，可见光的传输受到了光衰减和信号失真的影响，限制了传输距离和传输带宽的提升。
而紫外光纤传输则可以通过利用更短的波长的光源来克服这些问题，实现更高的传输效率和更大的带宽。
紫外光纤传输具有以下优势：首先，紫外光的波长较短，能够在光纤中获得更小的传输损耗。
这意味着信号可以在更长的距离内进行传输，而不会因为光衰减而导致信号质量下降。
同时，紫外光的波长也使得信号可以在光纤中获得更高的传输速率，从而提高整体的传输效率。
其次，紫外光纤传输具有更大的带宽。
紫外光的波长范围比可见光更宽，可以传输更多的信号频率，使得在相同的传输距离下能够传输更多的数据量。
这对于大数据传输和高速通信应用来说是非常有利的。
此外，紫外光纤传输在一些特殊环境下也表现出了独特的优势。
例如，在高温、高压、强辐射等恶劣环境下，紫外光纤传输可以表现出更好的稳定性和可靠性，从而能够满足一些特殊领域的需求。
综上所述，紫外光纤传输具有更高的传输效率和更大的带宽，可以为光纤通信带来新的突破。
在未来的发展中，我们有理由相信，紫外光纤传输将会发挥更为重要的作用，并在光纤通信领域取得更大的进展。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以包括以下信息：文章结构部分旨在向读者介绍本文的整体框架和内容安排，帮助读者全面了解紫外光纤传输效率的相关议题。
本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分包括概述、文章结构和目的三个小节。
概述部分将简要介绍紫外光纤传输效率的重要性和研究意义。
文章结构部分将详细介绍本文的整体框架，即引言、正文和结论三个部分的内容组成。
目的部分将明确阐述本文的目标和意图，即通过对紫外光纤传输效率的探讨，提出相关问题并展望未来发展方向。
详析紫外LED在光通信领域的应用
详析紫外LED在光通信领域的应用目前紫外光源已广泛应用于医疗杀菌、荧光光谱分析、生物分析/检测、水处理等领域，其中紫外光源的杀菌特性早在17世纪初期就被发现，紫外荧光管技术在18世纪50年代开始应用，这些技术采用的紫外光源均是气体放电灯（如低压汞灯）。
紫外LED通信的优势在通信方面，紫外光通信速率远不及可见光通信，但紫外光作为不可见光，通信具有低分辨率、低窃听率、保密性高的独特优点。
①低分辨率：紫外光是不可见光，肉眼很难发现紫外光源的存在；紫外光通过大气散射向四面八方传播信号，因而很难从散射信号中判断出紫外光源的所在位置。
②低窃听率：由于大气分子、悬浮粒子的强吸收作用，紫外光信号的强度按指数规律衰减，这种强度衰减是距离的函数，因此可根据通信距离的要求来调整系统的发射功率，使其在非通信区域的辐射功率减至最小，难以截获。
作为一种新型的军事通信系统，紫外光通信具有抗干扰能力强、保密性好、非视距通信以及全方位通信等优点，成为国内外军事技术人员研究的焦点。
然而常规紫外光源（低压汞灯）存在体积大、寿命短、调制速率低、易碎等缺陷，限制了紫外光通信的发展。
为解决紫外光通信光源问题，美国国防预先研究计划局（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）于2002年启动了研制可变波长的晶体管紫外光发射器的项目，并成功研制出波长为274nm的日盲区紫外光发光二极管（UVED）。
与低压汞灯相比，紫外LED具有体积小、寿命长、低压供电、可以数字调制等优点。
紫外LED优异的特性使其一经问世就被应用于紫外光通信领域。
麻省理工大学于2005年利用DARPA制造的274nm紫外LED作为光源，研制了一套紫外光通信实验样机，非直视通信，在100m的范围内通信速率为200b/s；以色列本固里安大学、英国航太系统公司、加利福尼亚大学等其他科研单位也建立了基于紫外LED的紫外光通信系统。
紫外光通信在军事通信系统中的应用_李霁野
第3卷 第4期 光 学 与 光 电 技 术V ol. 3, No. 4 2005年8月OPTICS & OPTOELECTRONIC TECHNOLOGYAugust, 2005收稿日期 2004-11-30； 修改稿日期 2005-01-27 作者简介 李霁野（1954-），男，高级工程师，主要研究方向为数据通信、野战程控交换机。
E-mail: li_cssar@ 文章编号 1672-3392(2005)04-0019-03紫外光通信在军事通信系统中的应用李霁野 邱柯妮（中国科学院空间中心通信室，北京 100080）摘 要 介绍了紫外光通信的性能特点、链路工作方式及影响紫外光通信的主要因素，并分析了紫外光音频通信系统的设备构成及其在军事作战和演习中的应用。
关键词 紫外光通信；保密性；工作方式 中图分类号 TN929.1 文献标识码 A1 引 言紫外光通信作为一种新的通信手段，其最突出的优点是不易被探测和截收，非常适用于近距离抗干扰的通信环境。
美国军方对紫外光通信领域高度重视，从上个世纪30年代至今，他们进行了从基本原理到实用系统等多方面的研究，已研制出实用的设备，但其项目研制情况和技术细节目前都处于高度保密状态。
与之相比，紫外光通信的研究和实践工作在我国起步较晚，国内在该领域的研究还远远不够，特别是在军用领域，对军用紫外光通信系统的研究已经迫在眉睫。
2 紫外光通信的特点及工作方式紫外光通信的基本原理：以紫外日盲区的光谱为载波，信息电信号调制加载在紫外光上，通信系统的发射端和接收端通过初定位和调整，再经过光束的捕获—对准—跟踪（APT ）建立起光通信链路，然后以自由空间和大气为信道来传输信息。
2.1 紫外光通信的优点1）数据传输的保密性高系统辐射的紫外光通信信号扩散在大气层中被大气吸收，信号的强度按指数规律衰减，这种信号场强的指数衰减是距离的函数。
这样，就可以根据通信距离的要求来调整系统的辐射功率，使其在通信范围之外的辐射功率减至最小，从而使敌方很难截获紫外光通信信号。
红外或紫外的原理及应用
红外或紫外的原理及应用红外和紫外的概述红外和紫外是电磁波谱的两个重要区域。
红外波长较长，频率较低，紫外波长较短，频率较高。
两者在物理性质和应用领域上有着显著的差异。
红外的原理红外是指波长介于0.75微米到1000微米之间的电磁波。
红外波段被分为近红外、中红外和远红外三个子区域。
红外与可见光之间的主要区别在于波长，红外波长长于可见光，因此人眼不能直接观察到红外辐射。
红外辐射产生的方式主要有两种：热辐射和非热辐射。
热辐射是由热源产生的电磁辐射，其强度与温度相关。
非热辐射是由物质在吸收其他形式的能量后，再以红外辐射形式释放出来。
红外的应用红外技术在多个领域有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：1.红外成像技术：红外成像技术通过感应物体辐射的红外辐射，将其转化为可见图像，用于热成像、军事侦察、安防监控等领域。
2.红外通信技术：红外通信技术利用红外辐射进行信息传输，广泛应用于遥控器、红外数据传输等场景。
3.红外热水器：红外辐射可以直接加热物体而无需加热介质，因此红外热水器能够更加高效地利用能源，广泛应用于家庭和工业领域。
4.红外医学应用：红外辐射对人体和生物组织有着特殊的穿透性，可以用于医学成像、理疗和诊断等方面。
5.红外光谱分析：红外光谱分析技术可用于分析物质的化学组成和结构，广泛应用于化学、生物和环境等领域。
紫外的原理紫外是指波长介于10纳米到400纳米之间的电磁波。
紫外辐射被分为三个子区域：紫外A波、紫外B波和紫外C波，其中紫外C波具有最高的能量和较强的杀菌作用。
紫外辐射主要由太阳发出，其中短波紫外辐射被地球大气层吸收，只有长波紫外辐射能够到达地表。
紫外辐射与可见光和红外辐射相比，具有更高的能量，能够激发物质中的电子跃迁。
紫外的应用紫外技术在多个领域有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：1.紫外消毒：紫外辐射具有一定的杀菌作用，可以用于空气净化、水处理和食品消毒等领域。
2.紫外光固化：紫外光固化技术利用紫外辐射引发涂层或胶粘剂的快速固化，广泛应用于印刷、涂装和光纤制造等领域。
紫外光通信关键技术分析
紫外光通信关键技术分析作者：马宁李晓毅来源：《现代电子技术》2013年第07期摘要：紫外光通信是一种新兴的无线光通信技术，可作为常规通信手段的一种补充，广泛应用于海陆空专用的局域保密通信，其中关键器件和技术的制备、研究是紫外光通信发展的主要推动力。
对这些关键器件和技术进行了分析对比，并指出了今后发展方向。
关键词：紫外光通信；紫外光源；日盲滤光片；紫外探测器中图分类号： TN929.12⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2013）07⁃0036⁃050 引言军事通信在现代战争中的作用举足轻重，但是现有通信手段还存在很多不足：有线和光纤通信易被破坏，维护困难；无线和微波通信保密性差，易被干扰。
为了满足现代战争对通信技术的特殊要求，更新颖、更安全的紫外光通信应运而生。
紫外光通信基于大气吸收和散射，可实现非视距通信，具有保密性好、抗干扰能力强等优点，而且机动灵活，可以全方位、全天候的工作[[1]]。
非常适合短距离抗干扰的复杂通信环境，在抢险救灾、应急保障和军事行动中都有巨大的发展前景。
毫无疑问紫外光通信将受到各军事强国越来越多的重视，而其中关键器件和技术的发展将为紫外光通信带来巨大的变化。
1 紫外光通信的基本原理太阳光紫外辐射通过地球大气层时，波长在200～280 nm之间的中紫外波段（UVC）[[2]]会被大气平流层中的臭氧强烈吸收，通常称为紫外“日盲区”（Solar Blind）。
日盲区的存在为紫外光通信提供了一个无背景噪声的通信环境。
此外，紫外光在近地面大气中传输时，会受到大气分子和悬浮粒子的吸收和散射作用。
吸收作用带来的衰减将紫外光的传输限定在几千米之内，一定区域外则无法进行截获和侦听，保证了通信的安全性；散射作用改变了紫外光的能量传输方向，这为紫外光NLOS通信奠定了基础。
紫外光通信利用大气散射和吸收，是一种以日盲区紫外光作为传输介质的新型通信模式，2 关键器件紫外光通信系统的关键器件包括光源、滤光片和探测器。
紫外光通信特点和信道模型的介绍及紫外光通信系统的设计与实现
紫外光通信特点和信道模型的介绍及紫外光通信系统的设计与实现紫外光波长10~400nm,是光谱中波长最短部分，主要由太阳辐射出来，又称紫外线，紫外光传输性能与传输范围内大气的品质密切相关，如大气中的O3浓度、散射粒子的浓度、大小、均匀性、几何尺寸等。
研究大气中分子和粒子的散射时主要考虑Rayleigh 散射和Mie散射。
与此同时，紫外光的传播方式以散射为主，虽然传输过程中衰减严重，但可绕过一定障碍物，这两点决定了紫外光通信系统可以实现全天候的非视距通信（Non Line Of Sight,NLOS）。
随着国内日盲段紫外LED生产线的投产，紫外光通信的实现将更具可行性。
1 研究背景紫外光作为通信手段被提出最早在上个世纪初，当时美国军方提出用于海军海上通信。
国内近两年在此领域研究的也有一些，其中国防科技大学在2007年研究了一款直升机紫外光通信系统，在这项研究中是国内首次使用日盲段LED点阵作为光源，并在样机上实现通信；重庆大学光电研究试验室在2006年也完成了基于紫外光的语音系统设计与实施，该系统在反映灵敏度及抗干扰方面都有着不错的表现。
与此同时，在业界领先的美国加州大学Center for UbiquitousCommunication by Light实验室，在2007年实现了在使用光功率为0.5mW的10个24单元阵列LED为紫外光光源，00K调制方式下紫外光通信的数据传输速率达到了如表1所示，包括视距通信（Line Of Sight,LOS）和非视距通信两种方式。
表1 不同距离，误码率下紫外光视距和非视距通信的数据传输速率2 大气散射信道由于紫外光是在大气中进行无线传输，大气信道的质量直接关系到通信质量，传输距离等重要通信指标。
当散射粒子的直径远小于波长时就发生Rayleigh散射，大气分子对紫外光的散射就用Rayleigh散射理论来处理，但是只有在晴朗天气（能见度Rv≥20 km）中Rayleigh散射才是主要的。
紫外光通信的接收技术研究
紫外光通信的接收技术研究摘要紫外光通信系统是一种新型的通信手段，与常规的通信系统相比，有很多优势具有灵活、低窃听、全方位、非视距通信的独特优势，主要应用于短距离的、保密的通信是常规通信的一种重要补充。
可满足军舰、飞机编队之间的保密通信需要。
此外，由于紫外线主要以散射方式传播，并且传播路径有限，采用紫外光通信系统，还具有一定的绕过障碍物的能力，非常适用于近距离抗干扰的通信环境。
目前紫外光通信在各国还是一个比较新的研究方向，普遍处于探索和研制阶段，对紫外光进行调制与解调一直是该系统的一个难题。
同时，紫外通信系统的传输速度难以提高，无法满足语音传输速度的要求。
本文首先对紫外光的传输特性进行了学习和总结。
太阳紫外辐射在通过大气层时，由于对流层上部的臭氧层对200~280nm紫外线具有强烈的吸收作用，太阳的这一波段紫外辐射在近地大气中几乎不存在，形成所谓日盲区。
同时由于紫外光独特的强散射性，决定了其能实现特定区域范围内非视距通信，这是紫外光通信相对于其他短距离通信方式的又一优点。
本文接下来对紫外光通信系统的整体框架进行了概述，包括光源、信道模型、接收电路、信号处理电路等。
在此基础上着重研究了紫外光通信系统的接收信号检测技术，设计了基于光电倍增管的信号检测方案，及基于NE5532AI放大器的接收电路的研究，并进行了仿真实验。
关键词：紫外光通信，光电倍增管，紫外光信号检测，接收电路UlTRAYIOLET COMMUNICATION RECEIVINGTECHNOLOGY RESEARCHABSTRACTUV communication system is a new means of communication, compared with the conventional communication system there are many advantages such as flexibility, low-round, the unique advantages of the non-line-of-sight communication. Now it is mainly used in short distance and confidential communication as an important complement to conventional communication.Otherwise it c an meet the communication needs of confidentiality between the warships, aircraft fleet.In addition, because the ultraviolet light is transmitted to scattering, and the propagation path is limited, the use of ultraviolet communication systems also have the ability to bypass the obstacles, it still is an ideal for close range anti-jamming communications environment.Ultraviolet communication in various countries is still a relatively new research direction, which lies in the progress of research. The biggest problem lies on UV modulation and demodulation in the system.At the same time, the transmission speed of the UV communication system is difficult to upgrade, so it can not meet the requirements of the voice transmission speed.Firstly, the UV transmission characteristics are summarized.The band that s olar ultraviolet radiation through the atmosphere is due to the ozone layer of the upper troposphere has a strong absorption of 200 ~ 280nm, the UV radiation in the near-Earth atmosphere is almost non-existent, which is called day blind. While UV has the unique strong scattering, it can only to achieve a specific region within the non-line-of-sight communication, which is UV commun ication’s specialty compared to other short-range communication.The following is an overview of the overall framework of the UV communication system including a light source, the channel model, receiver circuits, signal processing circuit. On this basis, the received signal detection technology is discussed the UV communication system. The signal detection scheme is designed based on the photomultiplier tube and NE5532AI. At last, some simulation results are presentedKEY WORDS：Ultraviolet Communications, PMT, UV Signal Detection, Receiver Circuit目录摘要 (I)ABSTRACT .................................................................................................................. I I 第一章绪论 (1)1.1课题研究背景 (1)1.2国内外发展现状 (2)1.2.1国内发展现状 (3)1.2.2国外研究现状 (3)1.3论文所要研究内容 (6)第二章紫外光通信系统概述 (7)2.1高速率紫外光通信系统结构 (7)2.2紫外光源 (7)2.2.1传统紫外光源 (7)2.2.2深紫外LED (9)2.3紫外光通信的信道模型 (10)2.3.1地球大气成分及特点 (10)2.3.2大气效应对紫外光通信的影响 (11)2.3.3紫外光通信传输模型 (12)2.4光电探测器 (15)第三章光电探测器比较与选择 (16)3.1光电倍增管 (16)3.2光电二极管 (18)3.3雪崩光电二极管 (19)3.4探测器的确定 (19)3.5紫外滤光片辅助作用 (19)第四章紫外光通信的接收电路 (22)4.1紫外光信号的接收和预处理 (22)4.1.1紫外光通信的接收机 (22)4.1.2电流电压转换电路 (22)4.1.3滤波电路 (23)4.1.4单限比较整形电路 (24)4.2本章小结 (25)第五章总结与展望 (26)5.1工作总结 (26)5.2展望 (26)参考文献 ........................................................................................ 错误!未定义书签。
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探析紫外光通信技术原理及应用
紫外光通信系统是一种新型的通信手段，与常规的通信系统相比，有很多优势。
由于紫外线主要以散射方式传播，并且传播路径有限，采用紫外光通信系统具有一定的绕过障碍物的能力，非常适用于近距离抗干扰的通信环境。
紫外光通信具有灵活、低窃听、全方位、非视距通信的独特优势，主要应用于短距离的、保密的通信是常规通信的一种重要补充。
紫外光通信是以大气分子和子溶胶粒子的散射和吸收为基础的。
紫外光通信基于两个相互关联的物理现象：一是大气层中的臭氧对波长在200nm到280nm之间的紫外光有强烈的吸收作用，这个区域被叫做日盲区，到达地面的日盲区紫外光辐射在海平面附近几乎衰减为零；另一现象是地球表面的日盲区紫外光被大气强烈散射。
日盲区的存在，为工作在该波段的紫外光通信系统提供了一个良好的通信背景。
紫外光在大气中的散射作用使紫外光的能量传输方向发生改变，这为紫外光通信奠定了通信基础，但吸收作用带来的衰减使紫外光的传输限定在一定的距离内。
因此紫外光通信是基于大气散射和吸收的无线光通信技术。
选择紫外“日盲”波段光波进行传输信号时，信号在传输过程中很少受到大气背景噪声干扰。
由于紫外辐射在大气中由瑞利散射所造成的光能损失是红外线的1000倍以上，使得工作于紫外波段的系统与红外系统相比具有很大的不同。
它是信息传输实现非视距工作方式的基础，同时也克服了其他自由空间信息传输系统在视距方式工作时的弱点。
与常规通信方式相比，紫外光通信有其特有的优势：
1、高保密的数据传输性和强抗干扰能力；紫外光通信主要基于大气对紫外光的散射和吸收作用。
紫外光信号在大气传输过程中会呈现指数倍的衰减，传输距离一般不超过10公里，信号难以监听和截获。
另外，紫外光通信系统的辐射功率可根据通信距离减至最小，无线电设备很难对其进行干扰和精确定位。
2、可用于非直视通讯；紫外光在大气传输过程中会发生散射现象，散射特性可以使紫外。