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第1章 绪论 1

1.1 完美安全通信 2

1.2 公开密钥分配协议 3

1.3 小结 6

第2章 衰减媒质中的电动力学 7

2.1 衰减媒质中的传播 7

2.2 媒质中的麦克斯韦方程 8

2.2.1 电介质中的电磁波 9

2.2.2 导体中的电磁波 10

2.2.3 衰减与折射率 11

2.3 分子吸收 13

2.3.1 谐振吸收 14

2.3.2 低频限 16

2.3.3 等离子体频率 18

2.3.4 能量耗散 19

2.4 分子散射 21

2.4.1 密度和温度起伏 21

2.4.2 瑞利散射 24

2.5 米氏散射 24

2.6 小结 27

第3章 水下通信信道 28

3.1 噪声信道 28

3.1.1 噪声信道编码理论 28

3.1.2 香农－哈特利定理 29

3.2 光纤信道 30

3.3 声信道 30

3.4 无线电射频信号 32

3.5 光学信道 34

3.5.1 电导率 35

3.5.2 分子吸收 36

3.5.3 分子散射 37

3.5.4 悬浮颗粒、浮游生物和黄色物质 38

3.5.5 光束扩展 40

3.5.6 多径传播 41

3.5.7 背景噪声 42

3.6 小结 43

第4章 水下光通信：技术 45

4.1 水下光通信 45

4.2 前期工作 47

4.3 系统设计 48

4.4 接收机 49

4.5 光电传感器 50

4.5.1 光电倍增管 51

4.5.2 半导体光电传感器 51

4.5.3 仿生量子光电传感器（BQP） 52

4.6 发射机 54

4.7 光源 54

4.7.1 氩离子激光器 54

4.7.2 二极管泵浦固态激光器 55

4.7.3 氮化铟镓激光器 55

4.7.4 可调激光器 56

4.7.5 激光调制器 57

4.7.6 LEDs 57

4.8 其他技术上的考虑 58

4.9 小结 58

第5章 水下光通信：噪声分析 60

5.1 数据速率 60

5.2 信噪比 61

5.3 传感器响应度和过量噪声 63

5.4 量子散粒噪声 64

5.5 光学过量噪声 66

5.5.1 激光强度噪声 66

5.5.2 模态噪声 67

5.5.3 模式分类噪声 67

5.6 光学背景噪声 68

5.6.1 背景辐射 68

5.6.2 后向散射激光辐射 70

5.7 光检测器暗电流噪声 71

5.8 电子噪声 71

5.8.1 热噪声 72

5.8.2 电子散粒噪声 72

5.8.3 1/f噪声 72

5.8.4 前置放大器噪声 73

5.9 小结 73

第6章 水下光通信：系统性能 75

6.1 光衰减 75

6.2 噪声等效功率 76

6.3 信噪比 78

6.4 信道容量 80

6.5 小结 81

第7章 水下量子通信 82

7.1 量子密码 82

7.1.1 量子信息 82

7.1.2 量子密钥分配 86

7.1.3 BB84量子密钥分配协议 87

7.2 量子误比特率 89

7.3 量子信道的性能 90

7.3.1 清澈的海水 91

7.3.2 混合海水和混沌海水 93

7.3.3 量子效率 93

7.3.4 视场 94

7.3.5 衰减系数 95

7.3.6 经典信道的最大容量 96

7.4 密钥生成效率 97

7.5 小结 99

第8章 总结 101

8.1 水下通信信道 101

8.2 水下射频通信 101

8.3 水下光通信 102

8.4 待解决的问题 103

8.5 概要 104

参考文献 105