بررسي و شبيه سازي نظري و تجربي اثر تلاطم اپتيكي بر رفتار انتشاري پارامترهاي مخابرات ليزري زيرآبي

دكتري تخصصي

در سال¬هاي اخير، معرفي ليزر و پيشرفت¬هاي چشمگير صورت گرفته در توليد آن با مشخصه¬هاي گوناگون و همچنين امكان استفاده از آن در انواع كاربردهاي راهبردي انتقال اطلاعات از طرفي و نياز روز افزون بشر به پهناي باند بيشتر براي انتقال انواع داده از طرف ديگر، سبب شده تا تحقيقات وسيعي در زمينه استفاده از باريكه¬هاي ليزري به عنوان عامل انتقال اطلاعات در كاربردهايي نظير مخابرات نوري، ارتباطات ماهواره¬اي، سنجش از راه دور، ليدارها، لادارها، تصويربرداري، لينكهاي ارتباطي بين كشتي¬ها و شناورهاي زيرآب، اكتشافات و تحقيقات دريايي، موقعيت¬يابي، هدف¬يابي صورت گيرد. اغلب اين كاربردها، مبتني بر انتشار باريكه¬هاي ليزري در محيط¬هايي با ضريب¬شكست تصادفي(تلاطم اپتيكي) از قبيل اتمسفر و آب¬هاي دريايي و اقيانوسي مي¬باشند. علاوه¬ بر كانال انتقالي اتمسفر كه بستري مناسب جهت عملياتي شدن طيف وسيعي از كاربردهاي گوناگوني را فراهم ساخته و از دهه¬هاي قبل تاكنون مورد مطالعه قرار گرفته¬است، در سال¬هاي اخير به علت حضور بشر در درياها و اقيانوسها به دلايل اكتشافي، تجاري و نظامي، استفاده از كانال ارتباطي امن زيرآبي نيز افزايش چشم¬گيري يافته¬است. در تمامي اين كاربردها جهت طراحي و مشخصه¬سازي دقيقتر، در كنار پديده¬هاي خوش¬رفتار جذب و پراكندگي، بايد اثرات مختلف پديده چالش¬برانگيز تلاطم اپتيكي از قبيل پهن¬شدگي، كاهش درجه طيفي همدوسي و درجه طيفي قطبش، انحراف پرتوها و نوسانات شدت(سوسوزني) بر ميدان موج الكترومغناطيسي منتشرشونده در زير آب نيز در محاسبات، شبيه¬سازي¬ها و بررسي-هاي تجربي در نظر گرفته شوند. بنابراين با توجه به نقش تضعيف¬كننده و مخرب تلاطم اپتيكي و مهمترين اثر آن يعني پديده سوسوزني در كارايي و كيفيت لينك¬هاي ارتباطي اپتيكي زيرآبي و به منظور بهره¬برداري از مزاياي بالقوه اين¬گونه سيستم¬ها، در اين رساله به مطالعه و شبيه¬سازي نظري و تجربي اثر تلاطم اپتيكي بر مهمترين پارامترهاي يك لينك مخابرات ليزري زيرآبي پرداخته شده¬است. جهت نيل به اين هدف، دو گام اساسي برداشته شده¬است. در گام اول بر اساس روش انتگرال تعميم يافته-ي هويگنس- فرنل، ابتدا اثر تلاطم اپتيكي بر رفتار انتشاري مشخصه¬هاي آماري و اپتيكي باريكه-هاي ليزري تك و آرايه¬اي با پروفايل¬هاي مختلف (گوسي و سرصاف) از جمله توزيع شدت، عرض باريكه، درجات قطبش و همدوسي، به صورت تحليلي بررسي شده و سپس با شبيه¬سازي عددي پديده¬ي سوسوزني، تأثير آن بر پارامترهاي كيفيت لينك مخابراتي مانند خطاي بيت و نسبت سيگنال به نويز مورد مطالعه قرار گرفته¬است. در گام دوم، به كمك يك چيدمان آزمايشگاهي كنترل¬پذير و شبيه¬سازي يك محيط متلاطم (كه تلاطم در آن توسط گراديان دمايي القا مي-شود)، به شبيه¬سازي تجربي پديده سوسوزني و مطالعه اثرات آن بر پارامترهاي مختلف يك لينك مخابرات ليزري بي¬سيم در شرايط مختلف پرداخته شده¬است. نتايج به صورت نمودارهاي حاصل از شبيه¬سازي¬هاي نظري و تجربي ارائه شده و به دقت مورد تجزيه و تحليل قرار گرفته¬اند. اميد است بر اساس نتايج محاسبات تحليلي و شبيه¬سازي¬هاي تجربي صورت گرفته در اين رساله، در درجه اول گام مـؤثري در بومي¬سازي اين فن¬آوري قابل پيشرفت و سپس جهت بهبـود عملكرد لينك¬هاي مخابرات ليزري زيرآبي در شرايط مختلف برداشت.

191385

دانشگاه علم و صنعت ايران

اتمي مولكولي

دكتر فاطمه دباغ كاشاني