Ю. А. КИРИЛЛОВА, Б. А. КУЗЯКОВ
Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики
оценки дисперсии флуктуации интенсивности лазерного пучка в турбулентной атмосфере
В работе проведены оценки дисперсии флуктуации интенсивности на оси лазерного пучка в турбулентной атмосфере. Показано, что относительную устойчивость телекоммуникационного канала, можно повысить при использовании методов коррекции. Причем, метод коррекции фазы с использованием состояний орбитального углового момента фотонов, обладает существенным преимуществом в сравнении с другим рассмотренным методом.
В настоящее время ряд систем позволяют создавать помехоустойчивые беспроводные оптические соединения между разнообразными сегментами, например, локальных сетей Ethernet с адаптивно изменяемой скоростью и энергетикой в зависимости от состояния оптического тракта. Турбулентные условия распространения лазерных пучков удобно характеризовать безразмерным параметром Ds(2a):
Ds (2a) = 1,1 Cn2 k2 L(2a)5/3, (1)
где L – длина трассы; a – начальный радиус пучка; k=2π/λ – волновое число; Cn2 – структурная характеристика турбулентной атмосферы.
Для снижения влияния турбулентности на устойчивость (безошибочность) канала передачи информации в атмосфере применяются несколько методов. Наибольшее распространение получил метод коррекции волнового фронта Шарка-Гартмана (МШГ) и метод коррекции фазы (МКФ), использующий состояния орбитального углового момента (OAM) фотонов [1]. В МШГ используется датчик волнового фронта Гартмана, сигналы которого поступают в модуль управления адаптивной оптикой для корректировки системы телекоммуникации. В МКФ используется поток фотонов с определенной модой ОМ, в приемном модуле выбираются фотоны с соответствующей модой ОМ, что позволяет реализовать корректировку системы телекоммуникации.
На основе проведенных расчетов и анализа работ [1-3] можно отметить, что использование МКФ приводит к улучшению коррекции системы телекоммуникации, в сравнении с МШГ во всем диапазоне вариаций С-1: от 1Е-16 до 1Е-12. Так, например, при L02 = 1, для С-1, соответствующей 1Е-12 (показана вертикальной штрих-пунктирной линией на рис. 1), относительная устойчивость телекоммуникационного канала при МКФ возрастает до 0,52 в сравнении с 0,25 при МШГ и в сравнении с величиной 0,15 для системы без коррекции.
Рис. 1. Сравнение относительной устойчивости телекоммуникационного
канала при использовании ОАМ состояний фотонов в турбулентной
атмосфере с применением коррекций МШГ и МКФ
(С-1 – некоторый выбранный уровень турбулентной аберрации):
1 – без коррекции, 2 – с использованием МШГ, 3 – с МКФ
В заключение можно отметить, что относительную устойчивость телекоммуникационного канала, связанную с дисперсией флуктуации интенсивности на оси лазерного пучка в турбулентной атмосфере, можно повысить при использовании методов коррекции. Причем, МКФ обладает существенным преимуществом в сравнении с другим рассмотренным методом.
Список литературы
1. Zhao S. M., Leach J., Gong L. Y., Ding J., Zheng B. Y. Aberration corrections for free-space optical communications in atmosphere turbulence using orbital angular momentum states. Optics Express. 2012. V.20. Is.1. P.452-461.
2. Mahdieh M. Numerical approach to laser beam propagation through turbulent atmosphere and evaluation of beam quality factor. mun. 20P..
3. Кузяков Б. А., Субботин Р. В., Харчевский оценки дисперсии флуктуации интенсивности на оси лазерного пучка в турбулентной атмосфере. 61 Науч.-техн. конф. МИРЭА, сб. трудов. М.: МИРЭА, 2012. Ч.2. С.49-54.
