Дослідження впливу статистичних характеристик частково когерентних променів при їх використанні в оптичних системах зв’язку
| dc.contributor.advisor | Гермаш, Л. П. | uk |
| dc.contributor.advisor | Germash, Lyudmila P. | en |
| dc.contributor.advisor | Гермаш, Л. П. | ru |
| dc.contributor.degreedepartment | загальної фізики та фізики твердого тіла | uk |
| dc.contributor.degreefaculty | фізико-математичний | uk |
| dc.contributor.researchgrantor | Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут» | uk |
| dc.date.accessioned | 2017-01-31T10:20:40Z | |
| dc.date.available | 2017-01-31T10:20:40Z | |
| dc.date.issued | 2012 | |
| dc.description.abstracten | Electro-magnetic waves propagation in atmosphere is of great theoretical and practical interest because using laser radiation for information transmission through the earth's atmosphere has many obvious advantages over traditional communication methods. However, fluctuations of the refractive index in the atmosphere, caused by turbulence, lead to the optical field fragmentation in the detecting area and to the beam wondering in regards to the initial direction. These factors bring high error rate during signal decoding and are major obstacles for the high-speed long distance optical communications. Therefore, development of methods for suppression of laser beam intensity fluctuations (scintillation) in turbulent atmosphere is extremely important, because so far the problem of high-speed information transmission in the turbulent atmosphere is not solved. Fundamental study of speckle fields and optical vortex fields spatial dynamics in conditions of refractive index fluctuations depending on the statistical characteristics of random atmosphere states is necessary, and it is one of the general problems of today’s optics. So, the present investigation analyzes reasons of the atmospheric optical communications instability, by results of the numerical experiments it suggests methods for the improvement of laser beam statistical characteristics for data transmission in the turbulent atmosphere at distances about tens of kilometers in conditions of weak and strong turbulence. It is found that in order to suppress the scintillation index it is necessary to compensate beam wandering and to ensure statistical independence of signals. These requirements are implemented by using a set of partially coherent beams (PCBs) with definite initial directions of propagation relative to the z-axis. A novel method to generate the PCBs by combining two laser beams - Gaussian and vortex beams, with different frequencies, is proposed and, according to our numerical studies, this approach is able to efficiently suppress scintillation index in the turbulent atmosphere, and also eliminates the need in high-frequency phase modulator. The results of present investigation give theoretical basis for achieving gigabit data-rates in long-distance laser communication through turbulent atmospheres over distances of tens of kilometers. The methods of signal protection and spectral coding of optical channel are proposed. | en |
| dc.description.abstractru | Распространение электромагнитных волн в атмосфере представляет большой теоретический и практический интерес поскольку использование лазерного излучения для передачи информации через земную атмосферу имеет много очевидных преимуществ по сравнению с традиционными методами связи. Однако, неоднородности показателя преломления, связанные со всегда существующей турбулентностью атмосферы, обуславливают фрагментацию светового поля в плоскости приема и отклонение луча от начального направления. Указанные факторы приводят к высокой вероятности погрешностей при декодировании сигнала и являются главными препятствиями дальней высокоскоростной оптической связи. Поэтому разработка методов уменьшения пространственных вариаций интенсивности (сцинтиляций) лазерного луча в турбулентной атмосфере является чрезвычайно актуальной, ведь до настоящего времени проблема передачи информации с высокой скоростью в турбулентной атмосфере в мировой науке не решена. Необходимо фундаментальное исследование пространственной динамики спекл полей и полей оптических вихрей в условиях вариации показателя преломления в зависимости от статистических характеристик случайных состояний атмосферы, что относится к главным проблемам современной оптики. Учитывая это, в работе проведен анализ причин неустойчивости оптической атмосферной связи, на основе проведенных численных экспериментов предложены методы улучшения статистических характеристик лазерного луча в турбулентной атмосфере при передаче данных на дистанции порядка десятка километров в условиях слабой и сильной турбулентности. Установлено, что для уменьшения индекса сцинтиляций необходимо компенсировать случайные смещения луча и обеспечить статистическую независимость сигналов. Выполнить эти условия возможно, если воспользоваться набором частично когерентных лучей (ЧКП) с заранее выбранными углами распространения относительно оси z, направленной точно на детектор. Предложен новый метод использования в качестве инструмента для передачи информации комбинированного луча (гауссов луч и луч в виде оптического вихря), который, по данным численных исследований, способен компенсировать случайные смещения луча в турбулентной атмосфере, а также нивелирует необходимость использования высокочастотного фазового модулятора. Результаты исследований позволяют создать теоретическую базу для реализации оптических каналов связи с возможностью передачи до 1 Гбит / сек на расстояние до 20-25 км. Разработана методика защиты от шумов и спектрального кодирования оптического канала связи. | ru |
| dc.description.abstractuk | Поширення елекромагнітних хвиль в атмосфері становить великий теоретичний та практичний інтерес оскільки використання лазерного випромінювання для передачі інформації через земну атмосферу має багато очевидних переваг у порівнянні з традиційними методами зв'язку. Проте, неоднорідності коефіцієнту заломлення, що пов’язані з завжди існуючою турбулентністю атмосфери, зумовлюють фрагментацію світлового поля в площині прийму та відхилення променя від початкового напрямку. Вказані фактори зумовлюють велику ймовірність похибок при декодуванні сигналу та є головними перешкодами дальнього високошвидкісного оптичного зв’язку. Тому розробка методів зменшення просторових варіацій інтенсивності (сцинтиляцій) лазерного променя в турбулентній атмосфері є надзвичайно актуальною, адже до теперішнього часу проблема передачі інформації з високою швидкістю в турбулентній атмосфері в світовій науці не вирішена. Необхідним є фундаментальне дослідження просторової динаміки спекл полів та полів оптичних вихорів в умовах варіації рефракційного індексу в залежності від статистичних характеристик випадкових станів атмосфери, що відноситься до головних проблем сучасної оптики. З огляду на це, в роботі проведено аналіз причин нестійкості оптичного атмосферного зв’язку, на основі проведених чисельних експериментів запропоновано методи покращення статистичних характеристик лазерного променя в турбулентній атмосфері при передачі даних на дистанції порядку десятка кілометрів в умовах слабкої та сильної турбулентності. Встановлено, що задля зменшення індексу сцинтиляцій необхідно компенсувати випадкові зміщення променя та забезпечити статистичну незалежність сигналів. Виконати ці умови можливо, якщо скористатись набором частково когерентних променів (ЧКП) з наперед вибраними кутами розповсюдження відносно осі z, спрямованої точно на детектор. Запропоновано новітній метод використання в якості інструменту для передачі інформації комбінованого променя (гаусів промінь та промінь у вигляді оптичного вихору), який, за даними чисельних досліджень, здатен компенсувати випадкові зміщення променя в турбулентній атмосфері, а також нівелює потребу використання високочастотного фазового модулятора. Результати досліджень дозволяють створити теоретичну базу для реалізації оптичних каналів зв’язку з можливістю передачі до 1 Гбіт/сек на відстань до 20-25 км. Розроблено методику захисту від шумів та спектрального кодування оптичного каналу зв’язку. | uk |
| dc.format.page | 5 c. | uk |
| dc.identifier | 2303-ф | uk |
| dc.identifier.govdoc | 0110U002331 | |
| dc.identifier.uri | https://ela.kpi.ua/handle/123456789/18668 | |
| dc.language.iso | uk | uk |
| dc.publisher | НТУУ «КПІ» | uk |
| dc.publisher.place | Київ | uk |
| dc.status.pub | published | uk |
| dc.subject | атмосферний зв’язок | uk |
| dc.title | Дослідження впливу статистичних характеристик частково когерентних променів при їх використанні в оптичних системах зв’язку | uk |
| dc.title.alternative | Investigation of statistical characteristics of partially coherent laser beams for application in optical communication systems | en |
| dc.title.alternative | Исследование влияния статистических характеристик частично когерентных лучей при их использовании в оптических системах связи | ru |
| dc.type | Technical Report | uk |
| thesis.degree.level | - | uk |
Файли
Контейнер файлів
1 - 1 з 1
Ліцензійна угода
1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
- Назва:
- license.txt
- Розмір:
- 7.65 KB
- Формат:
- Item-specific license agreed upon to submission
- Опис: