Современные
информационные технологии.
Информационная
безопасность.
К.т.н. Коломійцев О. В.
ПЕРЕДАЧА ІНФОРМАЦІЇ НА НЕСУЧІЙ ЧАСТОТІ ЛАЗЕРНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ
Вступ
Сучасний розвиток лазерної техніки і використання
лазерного випромінювання в різних сферах життєдіяльності людства, у тому числі
і в системах передачі інформації відкриває широкі можливості для вирішення
завдань багатоканальної передачі інформації до споживачів (інформаційного обміну
з ними) по відкритим та закритим (оптико-волоконним) каналам зв’язку. Такі
можливості обумовлені використанням в СПМ джерела випромінювання на лазері,
яким притаманна велика несуча частота та спектральна яскравість,
монохроматичність, просторова та часова когерентність. Лазерні джерела
випромінювання дозволяють генерувати гігантські по потужності і ультракороткі
по тривалості імпульси, що забезпечує якісну передачу інформації до споживачів
(взаємозв’язок з ними) [1]. Якщо звернути увагу на той факт, що існуючі лазерні
(ЛС) [2] використовують імпульсний
характер сигналу, але не враховують його багаточастотність, то не може бути
мови про їхню достатню багатофункціональність (здійснення одночасного високоточного
вимірювання параметрів ручу літального апарату (споживача) і інформаційного
багатоканального взаємозв’язку з ним). Саме для вирішення цих завдань доцільно
використовувати моди (несучі частоти) лазерного випромінювання
(лазера-передавача).
Аналіз публікацій по існуючим ЛС, які є на Україні, показує,
що одним з недоліків квантово-оптичної системи «Сажень» [2] є – здійснення
обміну інформацією з космічним апаратом на одній частоті.
Метою статті є представлення наукових, науково-технічних та
схемо-технічних рішень щодо розробці СПМ, який забезпечить виділення мод (несучих частот) із синхронізованого
одномодового багаточастотного спектра випромінювання лазера.
Сутність роботи СПМ, полягає у тому, що із синхронізованого одномодового багаточастотного
спектра випромінювання лазера виділяються необхідні моди (несучі частоти) з
метою подальшого їх використання для моделювання з інформаційними сигналами і
передачі до споживачів.
Запропонований СПМ містить в кожному з N каналів: оптичний поляризатор (Оп) випромінювання, пасивну фазову
пластинку l/4, що повертає вектор Е оптичного випромінювання на кут 450 за
один прохід скрізь неї, вузькосмуговий інтерферометр Фабри-Перо (ІФП), що
настроєний на прохід визначеної моди (несучої частоти), оптичний квантовий
підсилювач (ОКП) для підсилення вихідного випромінювання і допоміжні дзеркала
для каналізації оптичного випромінювання з каналу в канал.
Робота запропонованого СПМ полягає в наступному. На вхід
селектора подовжніх мод надходить одномодове багаточастотне із синхронізацією
подовжніх мод лазерне випромінювання, моди якого використовується для
формування N інформаційних каналів. Проходячи перший із N каналів, лазерне
випромінювання, через Оп і пасивну фазову пластинку l/4, що повертає вектор Е минаючого випромінювання на кут 450 за
один прохід, надходить на вузькосмуговий ІФП, що пропускає першу моду (несучу
частоту) n1, яка
підсилюється ОКП і формує першій інформаційний канал.
Лазерне випромінювання останніх частот, що залишилися,
відбивається ІФП та повертається до Оп і, будучи ортогонально поляризованим
стосовно вихідного, виходить через бічну грань Оп і за допомогою
каналізаційного дзеркала направляється в другий канал СПМ, у якому відбувається
аналогічне виділення моди (несучої частоти) n2 для формування другого інформаційного каналу
і т.д. для виділення останніх nn частот N інформаційних каналів, як і у першому каналі. Випромінювання в смугах частот nа і nв, яке знаходиться біля рівня втрат лазерного
випромінювання та є невелике по потужності – не використовується (потрапляє в
«пастку»).
Втрати світла в кожному оптичному каналі СПМ
визначаються:
1. неточністю сполучення плоскості поляризації поляризаційної призми і
плоскості поляризації лазерного випромінювання, що входить в канал;
2. віддзеркаленням на гранях і ослабленням світла поляризаційною призмою при
введенні в канал мод лазерного випромінювання;
3. віддзеркаленням на гранях і ослабленням світла чвертьхвильовою пластинкою;
4. віддзеркаленням і поглинанням світла в ІФП для частот лазерного
випромінювання, налаштованих на пропускання світла крізь інтерферометр;
5. пропусканням і поглинанням світла в ІФП для частот лазерного
випромінювання, налаштованих на віддзеркалення світла від інтерферометра;
6. неспівпаданням плоскості поляризації поляризаційної призми і плоскості
поляризації лазерного випромінювання, що двічі пройшло чвертьхвильову фазову пластинку;
7. віддзеркаленням на гранях і ослабленням світла поляризаційною призмою при
виводі з каналу відповідних мод лазерного випромінювання для частот, налаштованих
на віддзеркалення від ІФП;
8.
втратами світла в каналізаційному
дзеркалі.
Втрати, обумовлені неточністю
сполучення плоскості поляризації поляризаційної призми і плоскості поляризації
вхідного випромінювання, а також випромінювання, що двічі пройшло
чвертьхвильову фазову пластинку з урахуванням допущення на зсув фаз, не перевищує 3·10-4 враховуючи те, що
допуск на зсув фаз сучасною фазовою пластинкою складає від 0,5 до 1 градуса
[4], а точність вимірювання повороту плоскості поляризації на два порядки вища
[5]. Слід зазначити, що оскільки використовується лінійно
поляризоване лазерне випромінювання, то можна забезпечити кут його падіння на
грані рівний куту Брюстера, при якому віддзеркалення практично відсутнє. Тому
втратами на віддзеркалення від граней при оцінці втрат світла в кожному
оптичному каналі можна нехтувати.
Завдяки використанню
високоякісних матеріалів при виготовленні сучасних призм коефіцієнт екстинкції
до не перевищує 10-5 [6]. Тому втратами світла, викликаними його
ослабленням в оптичних елементах можна не враховувати.
Втратами світла в каналізаційному
дзеркалі також можна не враховувати, так як сучасні багатошарові діелектричні дзеркала мають коефіцієнт
віддзеркалення 0,95 – 0,98, крім того їх можна замінити призмами з повним
внутрішнім віддзеркаленням в яких практично відсутні втрати.
Отримані вирази
для вихідного випромінювання вимірювальних каналів СПМ показують, що
інтенсивність відселектованих мод істотно зменшується в кожному подальшому
каналі, накладаючись на початкову нерівномірність спектральних складових
лазерного випромінювання. Подальше посилення відселектованих спектральних
складових ОКП в кожному окремому каналі СПМ дозволяє усунути цю
нерівномірність, а також забезпечити необхідну потужність випромінювання.
Висновки
Таким чином СПМ, що пропонується, забезпечить виділення N мод (несучих частот nn) та формування багатоканальної передачі інформації, що істотно
підвисить її об’єм і вирішить питання розподілу (розпаралелювання).
У подальших дослідженнях передбачається вирішити оптимізаційну задачу щодо
забезпечення мінімальних втрат в СПМ за рахунок підбору в кожному каналі
конкретних параметрів ІФП.
Література
1. Коломійцев О.В., Клівець С.І., Коваленко С.П. Селектор подовжніх мод з
багаточастотним розділенням каналів для лазерної інформаційно-вимірювальної системи. // Системи управління, навігації
та зв’язку. – К.: ЦНДІ НіУ. – 2008. – Вип. 1(5). – С. 131 – 134.
2. Полігонні лазерні та оптико-електронні вимірювальні
засоби: Конспект лекцій. Частина ІІ / С.В. Тюрін, І.С. Шостко, В.А. Романюк,
В.В. Пономарьов, Р.В. Павлович. – Х.: ХВУ, 1998. – 174 с.
3.
Патент України на корисну модель № 35475, Україна, 6 МПК H04 Q 1/453.
Селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів.
/ О.В. Коломійцев, В.В. Баранник, В.В. Бєлімов та ін. – № u200803487;
Заяв. 18.03.2008; Опубл. 25.09.2008 р.; Бюл. № 18. – 8 с.
4. http://axiconoptics.com/rus/polar_wp.html.
5. genphys.phys.msu.ru/rus/lab/opt/147.pdf.