Дослідження впливу статистичних характеристик частково когерентних променів при їх використанні в оптичних системах зв’язку

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.