Исследование характеристик лазерной линии связи

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

 

Московский государственный технический университет

имени Н.Э. Баумана

___________________________________________________________

 

кафедра РЛ2

 

Утверждаю. зав. каф. РЛ-2

д.т.н. проф. Козинцев В.И.

 

ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ КВАНТОВЫЕ ПРИБОРЫ

 

Лабораторная работа № 11

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЛАЗЕРНОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ

г.Москва 1998г.

 

ОПТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ СВЯЗИ

 

ВВЕДЕНИЕ

Загруженность радиодиапазона, сильные взаимные помехи, а также необходимость создания широкополосных протяженных линий связи заставляют специалистов исследовать новые диапазоны частот, искать скоростные надежные способы передачи информации. Наиболее перспективным решением данных проблем является использование световых колебаний для целей связи.

С созданием ОКГ появилась возможность использовать несущие частоты вплоть до значений 10¹⁴ - 10¹⁵ Гц, что позволяет передавать информацию в чрезвычайно широкой полосе (полоса канала связи принципиально может быть увеличена в сотни тысяч раз по сравнению с самой широкополосной системой связи радиодиапазона).

Лазерные системы связи ведут свое начала от существующих систем радиосвязи. Они связаны между собой не только полной общностью физических процессов, основанных на излучении и приема электромагнитных колебаний, но и общностью методов проектирования и реализации. Оптические линии связи вобрали лучшие черты присущие радиоканалам, как-то:

- быстрота создания канала связи,

- малые затраты сил и средств на изготовление и установку аппаратуры,

- возможность связи через естественные преграды,

- большая мобильность канала связи.

Но в то же время особенностью оптических линий связи (ОЛС) является потенциально сверхширокая полоса частот и, следовательно, возможность передачи больших объемов информации в кратчайший срок. В этом спектральном диапазоне излучений полоса частот модулирующего сигнала в 10¹² Гц будет

Занимать всего лишь около 0,1% используемого спектра. Вторым достоинством лазеров можно считать малую угловую расходимость излучаемого пучка при практически полном отсутствии боковых лепестков. Это позволяет не только концентрировать энергию излучения в строго заданных направлениях (что очень важно, например, для космических применений ОЛС), но и обеспечить пространственную скрытность и высокую энергетическую помехоустойчивость передачи информации по каналам связи. Поэтому лазерные приемопередатчики имеют прекрасную электромагнитную совместимость, т.е. не создают помех в окружающем пространстве при своей работе и безвредны в эксплуатации для окружающих людей, что нельзя сказать об устройствах СВЧ диапазона. Эти свойства особенно важны в условиях большой плотности совместно работающих информационных линий связи, например, в условиях больших промышленных центров с мощными коммуникациями и большим населением или на борту аэро-космических аппаратов с их насыщенностью электронной информационной техникой.

Наконец, третьим важным преимуществом оптических устройств является возможность резкого снижения габаритов и мощности приемо-передающих устройств. При использовании оптического диапазона те же коэффициенты усиления антенн и скорости передачи информации, что и для СВЧ, достигаются с помощью несравненно меньших антенн и аппаратуры, т.к. при данном размере апертуры антенны (объектива) передатчика угловая расходимость луча передатчика обратно-пропорциональна частоте несущей, а пространственная плотность мощности на приемной стороне пропорциональна квадрату частоты .

Однако сверхузкие диаграммы направленности, которые реализуются в лазерных системах связи, налагают жесткие требования на системы нацеливания и сопровождения. Эти системы нацеливания узких лучей передающих устройств на объект и слежение за подвижным объектом должны обладать исключительно высокой угловой точностью наведения и высокой стабильностью удержания луча на заданном направлении, что создает значительные трудности при практическом использовании ОЛС. Другой проблемой является сильное ослабление светового луча в облаках и тумане. Атмосферный канал, кроме того, характеризуется сильными турбулентными явлениями, приводящими к флуктуациям коэффициента преломления среды и, следовательно, к искажениям лазерного луча и флуктуациям угла прихода. Проблема обеспечения высоконадежной оптической связи через атмосферу пока еще полностью не решена.

Следует отметить также то обстоятельство, что стоимость составных компонент и элементов оптических систем связи еще очень высока, технология изготовления модуляторов, приемников, отклоняющих устройств, световодов и других элементов еще очень сложна, и качество этих элементов требует улучшения. Но эти недостатки, как говорится, вопрос времени и бурный прогресс в разработке лазерной техники позволяет делать оптимистические прогнозы. Уже существующая практика позволяет наметить некоторые из областей применения лазерной связи. Так, например, потребность в лазерных системах возникает при конструировании систем связи для дальних космических полетов. При использовании обычных систем связи радиодиапазона на космических аппаратах, направляемых в сторону Марса, Венеры скорость передачи информации исчисляется в нескольких двоичных единиц в секунду. Применение лазерных систем связи позволит передавать достаточно большой объем информации в реальном масштабе времени. Считается также целесообразным применение лазеров в спутниковых системах связи.

Следующей областью применения лазерной связи является многоканальная телефония. Высокая информативность лазерных каналов связи в полной мере будет использована при создании массовых многоканальных видеотелефонных сетей.

Разработка оптических линий обмена информацией между ЭВМ, создание малогабаритных портативных речевых систем небольшой дальности и т.п. – вот далеко неполный перечень применения лазерной связи. Таким образом, анализ показывает, что уже на данном этапе развития лазерной техники системы связи оптического диапазона могут заменять и удачно дополнять радиосистемы.