Методы повышения дальности атмосферного сегмента телекоммуникационной системы оптического диапазона

Б. А. КУЗЯКОВ, Н. М. СМУРОВА

Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики

МЕТОДы ПОВЫШЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ атмосферного сегмента телекоммуникационной системы ОПТИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА

В работе проведен анализ методов повышения дальности и доступности атмосферного сегмента телекоммуникационной системы оптического диапазона с целью выделения основных направлений оптимизации всей системы.

На проектируемых трассах волоконных оптических линий телекоммуникаций (ВОЛТ) могут встречаться труднопроходимые участки, например реки, болота или глубокие ущелья. В этих случаях могут включаться сегменты атмосферных беспроводных оптических линий телекоммуникации (АОЛТ). В них передача информации осуществляется в открытом пространстве остронаправленным лазерным лучом в условиях прямой видимости. Ряд атмосферных лазерных систем телекоммуникации выпускаются малыми сериями, например, со скоростями 1 Гбит/с, с интерфейсом Gigabit Ethernet (полный дуплекс). Как правило, при коэффициенте доступности системы, выше уровня 99,9, рекомендуемая дальность связи не превышает м. Для ряда потребителей такие параметры оказываются не приемлемыми.

При решении задачи повышения дальности и доступности атмосферного канала был проведен анализ, в котором выделены основные направления оптимизации системы АОЛТ: группы А, В, С, D. Группа А – прямые методы: 1) повышение мощности источника излучения; 2) повышение чувствительности фотоприемника; 3) увеличение апертур передающей и принимающей оптических систем. Группа В: 4) усовершенствование современных методов обработки поступающей информации в приемный модуль. Группа С: 5) возможное комплектование дополнительным модулем передачи информации в радиодиапазоне (например, на частоте 72 ГГц); 6) возможное включение модуля мощных лазеров в диапазоне длин волн 10 мкм для прохождения облачности, появляющейся в атмосферном канале; 7) возможное комплектование дополнительным модулем передачи информации в диапазоне УФ излучения. Группа D: выбор и расчет параметров лазерных пучков, наиболее устойчивых к возможным флуктуациям пропускания атмосферы.

В наше время, значительное внимание уделяется методам группы D. В ряде работ проведены исследования бесселевых и бесселеподобных пучков [1], которые оказываются более устойчивыми при распространении в неоднородной среде. Известно, что удобным способом получения реальных лазерных пучков с бесселевым профилем, является аксиконная фокусировка оптического излучения. В результате проведенных расчетов выяснено, что интегральное выражение для дисперсии флуктуации фазы на оптической оси конической волны, содержащее тригонометрические функции и функции Бесселя, отличается от соответствующего выражения, полученное для плоской волны, по трем параметрам: 1) заменой амплитудного множителя ξ3 на ξ2, 2) изменением фильтрующей функции в аргументе функции Бесселя ξ(1- ξ) и (1- ξ) ξ1/2, 3) изменениями в аргументе косинуса (1- ξ)2 на ((1 - ξ + ln (ξ)). При этом, анализ полученных данных показывает, что в турбулентной атмосфере фаза оптической конической волны, так же как и других бесселевых и бесселеподобных пучков, флуктуирует слабее, чем фаза плоской оптической волны [2]. Кроме того, дисперсия флуктуации фазы на оптической оси конической оптической волны пучка оказывается меньше, чем на оптической оси фундаментального бесселева пучка.

В связи с тем, что профиль пучка входит в выражение для флуктуации фазы, при изменении профиля пучка при прохождении в турбулентной атмосфере, могут изменяться и его фазовые параметры. Однако, как показывают качественные оценки изменения величин флуктуаций фазы при прохождении трассы в турбулентной атмосфере до дистанций
С1=400 м, С2=700 м они не превышают 20%, это подтверждает оценки, приводимые в работе [3]. При большей протяженности системы связи необходимы более строгие расчеты с учетом изменения профиля бесселеподобного пучка при его прохождении в турбулентной атмосфере.

Список литературы

1. Zhu K., Li S., Tang Y., Yu Y., Tang H. Study on the propagation parameters of Bessel–Gaussian beams carrying optical vortices through atmospheric turbulence. J. Opt. Soc. Am. A. 2012. V.29. Is.3. P.251-257.

2. Лукин  фазы оптических волн при конической фокусировке в турбулентной атмосфере. Оптика атмосферы и океана. 2011. Т.24. № 12. С..

3. Кузяков  повышения протяженности атмосферных сегментов комбинированных оптических линий связи. ХХII международная научно-техническая конференция «Лазеры в науке, технике, медицине». Сборник научных трудов. 2011. Т.22. С.69-72.