بخشی از مقاله
چکیده
در سالهای اخیر مخابرات نوری فضای آزاد - FSO - به دلیل ویژگیهای منحصر به فرد آن اهمیت زیادی بدست آورده است. پهنای باند بزرگ، مجوز طیف آزاد، نرخ بالا، قابلیت استقرار آسان و سریع و توان کم و کوچک از ویژگیهای شاخص آن میباشد. مخابرات نوری فضای آزاد برای برقراری ارتباط در فضای زمین یا بین ماهواره یا فضای عمیق ماهواره به ماهواره یا ماهواره به زمین کاربرد دارد. شبیه سازی سیستم مخابرات نوری فضای آزاد و به کارگیری مدولاتور جذب الکتریکی در این تکنولوژی نشان می دهد تا مسافت 10 کیلومتر در شرایط آب و هوایی صاف نتایج مناسبی برای ارسال داده خواهیم داشت.
-1 مقدمه
در مخابرات نوری فضای آزاد، برای انتشار اطلاعات از نقطهای به نقطه دیگر میبایست ارتباط در خط دید بین فرستنده و گیرنده برقرار شود. در اینجا، سیگنال اطلاعات ساطع شده از منبع با استفاده از حامل نوری، مدوله میشود و در ادامه سیگنال مدوله شده به جای ارسال از طریق فیبر نوری هدایت شده، از طریق کانال اتمسفری و یا فضای آزاد به سمت گیرنده ارسال میشود. ارسال از زمین-به-ماهواره - لینک بالارونده نوری - و ماهواره-به-زمین - لینک پائین رونده نوری - شامل انتشار پرتو نوری از طریق اتمسفر و نیز فضای آزاد میباشد. بنابراین لینکها، ترکیبی از لینکهای زمینی و فضایی میباشند. شکل 1 حوزههای کاربردی لینکهای 1FSO را نشان میدهد.
شکل :1 کاربردهای لینکهای ارتباطی FSO
تکنولوژیهای مورد استفاده در سیستم FSO غالبا مشابه تکنولوژیهای مورد استفاده در سیستم1RF میباشند. بسیاری از تکنیکها، مستقیما با توجه به تکنیکهای مورد استفاده در سیستمهای RF و با در نظر گرفتن الزامات سیستمهای FSO، تطبیق یافته اند. در بخش زیر، الگوهای مختلف مدولاسیون و آشکارسازی که در سیستم FSO مورد استفاده میباشند؛ تشریح میشوند. مدولاسیون حامل نوری با مدولاسیون حامل RF تفاوت دارد؛ که علت آن، مشخصهها و محدودیتهای ادوات مورد استفاده برای انجام فرایند مدولاسیون میباشد. مدولاسیون نوری را میتوان به دو روش انجام داد: مدولاسیون داخلی یا مدولاسیون خارجی
الف ب شکل :2 مدولاتورهای نوری - الف - مدولاتور داخلی - ب - مدولاتور خارجی
مدولاتور داخلی، مدولاتوری است که در آن، مشخصههای منبع مستقیما با توجه به سیگنال اطلاعات تغییر مینماید و به این ترتیب سیگنال نوری مدوله شده تولید میشود. مدولاسیون شدت را میتوان با تغییر جریان بایاس انجام داد. مدولاسیون فرکانس یا مدولاسیون فاز را میتوان با تغییر طول کاواک لیزر، حاصل نمود. مدولاسیون پالس را میتوان از طریق تغییر جریان راه اندازی به سطحی بالاتر یا پائین تر از مقدار آستانه، حاصل نمود. این مدولاتورها با توجه به محدوده خطی مشخصههای توان منبع، محدود میشوند. در مورد مدولاتورهای خارجی، از یک ابزار خارجی استفاده میشود که مشخصههای حامل را با توجه به سیگنال مدوله کننده، تغییر میدهد. این سیستمها قادر به استفاده از کل توان منبع میباشند.
با این حال، مدولاتورهای خارجی، برد مدولاسیون را کاهش داده و مستلزم جریان راه اندازی نسبتا بالایی میباشند. این مدولاتورها در فرکانسهای نوری، به جای دامنه حامل، مستقیما بر روی شدت حامل - مجذور دامنه میدان الکتریکی - عمل مینمایند. راه دیگر مدوله کردن حامل نوری عبارتست از استفاده از فاز یا پلاریزاسیون حامل نوری. با این وجود، مشهورترین الگوی مدولاسیون مورد استفاده در سیستم FSO، مدولاسیون شدت باند پایه یا زیر حامل میباشد که علت آن، سادگی این نوع مدولاسیون است.
-2 اجزاء سیستم
عملکرد سیستم ارتباطی FSO مستقیما به میزان حساسیت پذیری و بازده مولفهها و اجزای نوری سیستم، یعنی فرستنده نوری، مدولاتور نوری، تقویت کننده نوری و گیرنده نوری مورد استفاده در طراحی لینک بستگی دارد. اجزاء لینک ارتباطی و مشخصههای پایهای مولفههای نوری و منابع نور مربوطه در این بخش، بررسی میشوند.
-1-2 منابع نوری
در ارتباطات نوری، منابع نور باید کوچک، تک رنگ، پایدار و با عمر طولانی باشند. پایداری به معنای ثبات توان خروجی با تغییرات زمان، دما، ولتاژ و ثابت بودن طول موج است. منابع مورد استفاده در مخابرات نوری از نوع لیزر جامد نیمه هادیها میباشد. مشخصات لیزر به طور کلی عبارتند از: پهنای باند خوب، توان خروجی خوب، سرعت مدولاسیون زیاد، خطی بودن ضعیف و حساس نسبت به درجه حرارت. منطقه کار لیزر پس از نقطه آستانه است که عمل لیزینگ انجام می گیرد و به طور خطی کار میکند پس هر چه جریان آستانه کاهش یابد بهتر است.
قدرت خروجی لیزر زیاد و در حدود 1 الی 10 میلی وات است و به علت همدوسی و باریک بودن طیف لیزر، بخش عظیمی از توان خروجی از منبع وارد فیبر میشود و لذا پراکندگی کمتر وپهنای باندوسیع تر و ظرفیت بالاتر است. انتخاب منبع لیزری برای کاربردهای فضای آزاد نوری بستگی به عوامل مختلف دارد و بسیار مهم است که طول موج انتقال با یکی از دریچههای اتمسفر مرتبط است. دریچههای جو حدود 850 نانومتر و 1550 نانومتر در محدوده طول موج کوتاهتر 1IR قراردارند. در محدوده طیفی طولانیتر، برخی از پنجرههای طول موج بین 3 تا 5میکرومتر - مخصوصاً 3/5 تا 3/6 میکرومتر - و 8 تا 14 میکرومتر وجود دارد.
-2-2 منابع تقویت کننده
اساس کار تقویت کنندههای نوری مانند لیزر، عمل تحریک است. بدین ترتیب که الکترونها با یک روشی به تراز بالاتر انرژی میروند و با عبور فوتونهای سیگنال نوری ضعیف، این الکترونها تحریک شده و به تراز پایین تر سقوط میکنند. با این برگشت یک فوتون هم فاز و هم جهت و هم فرکانس فوتون اصلی تولید میشود و عمل تقویت صورت میگیرد. مشخصات کلیدی تقویت کننده نوری شامل بهره، بازده بهره، پهنای باند، اشباع بهره، توان اشباع خروجی، نویز و حساسیت به پلاریزاسیون2 میباشد. در سیستمهای فعلی فضای آزاد نوری سیگنال تحت شرایط بسیاری از مراحل نوری الکتریکی نوری 3 - O-E-O - تبدیل میشود. این فرآیند بازسازی و تقویت پیچیدگی سیستمهای نوری فضای آزاد را افزایش میدهد، زیرا شامل چند بخش وابسته به سرعت داده الکترونیک میشود.
