研究目的
开发并演示一套82米、9 Gb/s PAM4 FSO-POF-UWOC融合系统，用于提供长距离自由空间与水下链路连接，解决光无线-有线-无线通信中的复杂性与技术挑战。
研究成果
该研究成功展示了一个82米、9 Gb/s的PAM4自由空间光通信-塑料光纤-水下无线光通信融合系统，实现了误码率低于10^-9的无差错运行及合格的NRZ眼图。通过采用405纳米蓝光注入锁定激光二极管、双合透镜、渐变折射率塑料光纤和光束缩径器，构建了长距离光无线-有线-无线混合链路。该系统通过整合FSO、POF和UWOC技术，性能超越先前研究，为环境监测和工业应用提供了有前景的解决方案。未来工作应着重提升对准稳定性、延长传输距离并适应多样化环境条件。
研究不足
该系统受限于30米渐变折射率塑料光纤的3 GHz 3 dB带宽，在未采用均衡技术时限制了最大传输速率。自由空间光链路中的激光束对准偏差会降低性能，需要精确的瞄准与校准技术。使用具有特定衰减特性的清澈海水可能无法推广至其他类型水域。实验装置较为复杂，在实际应用中可能不易扩展或具备成本效益。
1：实验设计与方法选择：
该系统采用PAM4调制的405纳米蓝光注入锁定激光二极管发射器，整合了自由空间光（FSO）链路、塑料光纤（POF）传输及水下无线光通信（UWOC）信道。关键组件包括用于FSO链路的双胶合透镜、用于延伸的渐变折射率塑料光纤（GI-POF），以及提升UWOC性能的光束缩减器。
2：样本选择与数据来源：
伪随机比特序列（PRBS）模式发生器产生两个速率为4.5 Gb/s、长度为2^15-1的非归零（NRZ）信号。2米长水箱中的清澈海水衰减系数为0.151 m?1。
3：5 Gb/s、长度为2^15-1的非归零（NRZ）信号。2米长水箱中的清澈海水衰减系数为151 m?1。 实验设备与材料清单：
3. 实验设备与材料清单：包含激光二极管（LD1和LD2）、可调光衰减器、双胶合透镜（透镜1和透镜2）、芯径1毫米的30米GI-POF（总功率损耗4.2 dB，3 GHz 3 dB带宽）、光纤准直器（工作波长350-700纳米）、凸透镜（焦距50毫米和25.4毫米）、光束缩减器、带跨阻放大器（TIA）的光电二极管接收器（10 GHz 3 dB带宽）、电均衡器、PAM4解码器、误码率（BER）测试仪及数字存储示波器。
4：2）、可调光衰减器、双胶合透镜（透镜1和透镜2）、芯径1毫米的30米GI-POF（总功率损耗2 dB，3 GHz 3 dB带宽）、光纤准直器（工作波长350-700纳米）、凸透镜（焦距50毫米和4毫米）、光束缩减器、带跨阻放大器（TIA）的光电二极管接收器（10 GHz 3 dB带宽）、电均衡器、PAM4解码器、误码率（BER）测试仪及数字存储示波器。 实验流程与操作步骤：
4. 实验流程与操作步骤：PRBS信号经PAM4转换器与线性驱动器转换为9 Gb/s PAM4信号，调制LD1并注入锁定LD2。LD2输出光依次通过可调光衰减器、50米FSO双胶合透镜链路、30米GI-POF、2米水下信道（含光束缩减器与凸透镜）。接收端由TIA光电二极管检测信号，经均衡、NRZ解码后分析BER及眼图。
5：数据分析方法：
实时使用BER测试仪测量误码率，数字存储示波器捕获NRZ信号眼图，通过频率响应分析确定3 dB带宽。
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获取完整内容-
Laser Diode
405 nm
Transmitter for generating blue light modulated with PAM4 signal
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Graded-Index Plastic Optical Fiber
GI-POF
Transportation medium for extending the UWOC link
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Doublet Lens
Focusing and delivering laser beam in the FSO link
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Optical Beam Reducer
Reducing laser beam diameter to decrease absorption in water
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Photodiode with TIA
Detecting and amplifying the optical signal at the receiver
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Electrical Equalizer
Compensating for frequency response limitations to enhance signal quality
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PAM4 Decoder
Converting PAM4 signal back to NRZ signals for analysis
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BER Tester
Measuring bit error rate in real-time
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Digital Storage Oscilloscope
Capturing eye diagrams of NRZ signals
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Fiber Collimator
Forming optical beam for transmission in underwater channel
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Convex Lens
Focusing light in the optical path
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Variable Optical Attenuator
VOA
Adjusting optical power levels in the system
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PRBS Pattern Generator
Generating pseudorandom bit sequence signals for modulation
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PAM4 Converter
Transforming two NRZ signals into a PAM4 signal
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Linear Driver
Boosting the PAM4 signal before modulation
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