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摘要： 自由空间大气是紫外光通信的信道，光在大气中的传输特性直接决定了通信的质量。研究紫外LED光辐射的大气传输特性，以辐射传输理论为基础，分析了Bouguer定律的缺陷，并提出了修正方案；在单次散射原理基础上对大气中直射和斜射散射光传输特性进行了详细推导，结合LED配光曲线得出紫外LED光的大气传输解析模型。研究结果为紫外自由空间光通信系统的设计提供参考。
关键词： 紫外通信； Bouguer定律； 传输特性； 单次散射； LED
中图分类号： TN 929.12文献标识码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2012.03.010
引言
自由空间紫外光通信是一种新型的光通信方式，随着深紫外LED技术的发展，利用深紫外LED作为光源逐渐成为研究趋势[1]。紫外光通信通过驱动紫外LED来调制信号并加载到光载波中向自由空间发射出去，载有信息的光在自由空间中传输，由探测器接收、解调并还原出初始信号，来达到信息传输的目的。整个过程中，自由空间大气作为传输信道，深刻影响了紫外光通信的效率[23]。文中将在单次散射模型的基础上，对Bouguer定律进行修正，并结合LED的发光特点，构建LED光辐射的大气传输模型。
应用Bouguer定律来计算光的大气传输特性是目前计算光大气传输的常用方法，具有简单易用的特点。当光在散射介质中传播时，建立如图1所示的光传输示意图，光在大气中传输时，不断地受到大气中粒子的散射，每一粒子的散射都会使原光传输方向的光通量减弱，减少的那部分光会偏离原来方向而按照一定的规律分散传播，考虑光子在光传输路径上发生首次碰撞时的位置x处的光子散射情况。
在路径上传输一段距离后，依据Bouguer指数衰减定律，辐射照度可以表示为：Ex=E0exp（-δx）（1）式（1）中，E0是x=0处的光束辐照度，δ为体散射系数。该公式没有考虑任何前向散射的光通量。Bouguer定律没有考虑散射光传输到光束方向上的那一部分通量，利用Bouguer定律计算的光通量要小于探测器实际接收到的光通量[4]，因此需要对Bouguer定律进行修正，构建光传输模型，修正后的光传输模型要求考虑散射光传输到探测器的那一部分能量。
2单次散射下光通量传输模型
将到达接收机的辐射通量分为直射光（Bouguer定律计算的结果）和散射光两个部分，于是修正后的光传输模型为：I=Iincident+Iscatter（2）欲得到修正后的光传输模型，需要计算散射光，使用散射相函数来表征光辐射照度的散射分布情况[5]，基于单次散射情况，来分析接收机对光通量的接收情况。
4结论
文中在辐射传输理论基础上，针对Bouguer定律在原理和应用中的缺陷，在单次散射近似的基础上，对其进行修正，提出了修正后的光在大气中的传输模型，而后对大气中的前向散射和斜向散射的辐射照度做了详细的推导，并结合LED的配光曲线计算得出大气中LED光源辐射传输模型的解析式。为紫外光通信系统的设计提供参考。
参考文献：
[1]何攀，李晓毅，侯倩，等.基于LED的紫外光通信调制方式研究[J].光通信技术，2010（4）：51-53.
[2]贾红辉，常胜利，兰勇.大气光通讯中基于蒙特卡罗方法非视线光传输模型[J].光电子·激光，2007，18（6）：690-697.
[3]蓝天，倪国强.紫外通信的大气传输特性模拟研究[J].北京理工大学学报，2003，23（4）：420-423.
[4]王之江.现代光学应用技术手册（上册）[M].北京：机械工业出版社，2010：186-187.
[5]陈伟，叶军.输运方程中的散射相函数[J].南京邮电大学学报（自然科学版），2009，29（2）：42-46.
[6]李晓明，华文深，吴先权.紫外光通信大气传输特性及理论模型探讨[J].光学仪器，2011，33（3）：90-94.
[7]吴健，杨春平，刘建斌.大气中的光传输理论[M].北京：北京邮电大学出版社，2005：4-5.
[8]赵明，肖沙里，王玺，等.基于LED的紫外光通信系统研究[J].激光与光电子学进展，2010（4）：19-24.
关键词： 紫外通信； Bouguer定律； 传输特性； 单次散射； LED
中图分类号： TN 929.12文献标识码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2012.03.010
引言
自由空间紫外光通信是一种新型的光通信方式，随着深紫外LED技术的发展，利用深紫外LED作为光源逐渐成为研究趋势[1]。紫外光通信通过驱动紫外LED来调制信号并加载到光载波中向自由空间发射出去，载有信息的光在自由空间中传输，由探测器接收、解调并还原出初始信号，来达到信息传输的目的。整个过程中，自由空间大气作为传输信道，深刻影响了紫外光通信的效率[23]。文中将在单次散射模型的基础上，对Bouguer定律进行修正，并结合LED的发光特点，构建LED光辐射的大气传输模型。
应用Bouguer定律来计算光的大气传输特性是目前计算光大气传输的常用方法，具有简单易用的特点。当光在散射介质中传播时，建立如图1所示的光传输示意图，光在大气中传输时，不断地受到大气中粒子的散射，每一粒子的散射都会使原光传输方向的光通量减弱，减少的那部分光会偏离原来方向而按照一定的规律分散传播，考虑光子在光传输路径上发生首次碰撞时的位置x处的光子散射情况。
在路径上传输一段距离后，依据Bouguer指数衰减定律，辐射照度可以表示为：Ex=E0exp（-δx）（1）式（1）中，E0是x=0处的光束辐照度，δ为体散射系数。该公式没有考虑任何前向散射的光通量。Bouguer定律没有考虑散射光传输到光束方向上的那一部分通量，利用Bouguer定律计算的光通量要小于探测器实际接收到的光通量[4]，因此需要对Bouguer定律进行修正，构建光传输模型，修正后的光传输模型要求考虑散射光传输到探测器的那一部分能量。
2单次散射下光通量传输模型
将到达接收机的辐射通量分为直射光（Bouguer定律计算的结果）和散射光两个部分，于是修正后的光传输模型为：I=Iincident+Iscatter（2）欲得到修正后的光传输模型，需要计算散射光，使用散射相函数来表征光辐射照度的散射分布情况[5]，基于单次散射情况，来分析接收机对光通量的接收情况。
4结论
文中在辐射传输理论基础上，针对Bouguer定律在原理和应用中的缺陷，在单次散射近似的基础上，对其进行修正，提出了修正后的光在大气中的传输模型，而后对大气中的前向散射和斜向散射的辐射照度做了详细的推导，并结合LED的配光曲线计算得出大气中LED光源辐射传输模型的解析式。为紫外光通信系统的设计提供参考。
参考文献：
[1]何攀，李晓毅，侯倩，等.基于LED的紫外光通信调制方式研究[J].光通信技术，2010（4）：51-53.
[2]贾红辉，常胜利，兰勇.大气光通讯中基于蒙特卡罗方法非视线光传输模型[J].光电子·激光，2007，18（6）：690-697.
[3]蓝天，倪国强.紫外通信的大气传输特性模拟研究[J].北京理工大学学报，2003，23（4）：420-423.
[4]王之江.现代光学应用技术手册（上册）[M].北京：机械工业出版社，2010：186-187.
[5]陈伟，叶军.输运方程中的散射相函数[J].南京邮电大学学报（自然科学版），2009，29（2）：42-46.
[6]李晓明，华文深，吴先权.紫外光通信大气传输特性及理论模型探讨[J].光学仪器，2011，33（3）：90-94.
[7]吴健，杨春平，刘建斌.大气中的光传输理论[M].北京：北京邮电大学出版社，2005：4-5.
[8]赵明，肖沙里，王玺，等.基于LED的紫外光通信系统研究[J].激光与光电子学进展，2010（4）：19-24.