Optisk kommunikation i deep space - Steen Eiler Jørgensen

More documents

Recommendations

Info

68 Optik width”). Denne betegnelse er imidlertid vildledende, da strålens diameter naturligvis er 2W . Beam waist Gauss-strålen er endvidere karakteriseret ved, at den har en “beam waist”, dvs. et sted, hvor stråleradius er mindst. Denne mindste stråleradius, beam waist radius, kaldes W0. Kaldes afstanden langs strålens udbredelsesretning fra beam waist z, varierer stråleradius W med z jævnfør 2 z W (z) = W0 1 + (8.1) hvor z0 kaldes Rayleigh-længden (se figur 8.2). Figur 8.2: Gauss-strålen. De grønne kurver indikerer 1/e 2 -grænsen, dvs. strålens udstrækning. De blå linjer repræsenterer strålens asymptoter. De blå linjer danner divergensvinklen θ med x-aksen. Divergensvinkel Jo større afstand z fra beam waist, desto større stråleradius W (z). Det vil sige, at strålen udbreder sig med en divergensvinkel, θ0, givet ved [35] θ0 = λ πW0 z0 (8.2) hvor λ er bølgelængden af laserlyset. Ønsker vi at koncentrere energien mest muligt, gælder det altså om at minimere divergensvinklen. Dette gøres, som det ses af formel 8.2, ved at maksimere beam waist radius for en given bølgelængde.
8.1 Gauss-strålen 69 Beam waist radius er som regel givet af laserresonatoren, og er ofte af størrelsesordenen 0,5 mm. For 532 nm giver dette en divergensvinkel på θ0 = λ πW0 Da stråleradius for z ≫ z0 er givet ved = 532 nm ≈ 339 µrad π · 0,5 mm W (z) = θ0z (8.3) fås, at stråleradius efter at have tilbagelagt en distance på 2 AU nu har værdien 9 m W (z) = θ0z = 339 µrad × 2 AU × 150 · 10 ≈ 100.000 km AU Strålen er altså nu over 200.000 kilometer bred. Beamekspansion Det er tydeligt, at for at holde strålen nogenlunde velkollimeret over store afstande er det nødvendigt at forøge strålens beam waist radius. Dette gøres vha. en “beam expander”. En beam expander er principielt blot et “omvendt” teleskop. I teleskopet bringes parallelle lysstråler tættere sammen. En af de tidligste og simpleste teleskoptyper, en refraktor bestående af to konvekse linser, får de parallelle lysstråler til at konvergere vha. en stor, konveks linse. I et punkt inde i teleskopet krydser lysstrålerne hinanden, hvorefter de divergerer. Kort herefter bringes de divergerende lysstråler atter til at være parallelle vha. endnu en konveks linse. Dette kaldes en Kepler-refraktor (se fig. 8.3.) Det er selvfølgelig også muligt at bringe strålerne til at være parallelle, inden de krydser hinanden, vha. en konkav linse – det kaldes en Galilei-refraktor. Figur 8.3: Simpel Kepler-refraktor med to konvekse linser (fra [21], s. 163) Det sidste princip udnyttes, blot vha. spejle i stedet for linser, i Cassegrainreflektoren (se fig. 8.4.) Her bringes parallelle lysstråler til at konvergere vha. et stort, konkavt spejl (primærspejlet), som fokuserer strålerne ind mod midten af teleskopet. Inden strålerne krydser hinanden, rammer de et konvekst spejl
Page 1:
Optisk kommunikation i deep space -
Page 4 and 5:
Forsiden: Rumsonden Bering i færd
Page 6 and 7:
iv - som dette speciale belyser - d
Page 8 and 9:
vi INDHOLD 5 Optisk kommunikation 3
Page 11:
Figurer 2.1 Apollo-, Amor- og Aten-
Page 15 and 16:
Kapitel 1 Indledning 1.1 Baggrund N
Page 17 and 18:
1.2 Formål 3 ducere elektricitet p
Page 19 and 20:
Kapitel 2 NEO NEOer (Near Earth Obj
Page 21 and 22:
2.1 Asteroider 7 undersøgelse. Kun
Page 23 and 24:
2.1 Asteroider 9 har spundet guld p
Page 25 and 26:
2.2 Detektion af asteroider 11 2.2.
Page 27 and 28:
2.2 Detektion af asteroider 13 2.2.
Page 29 and 30:
2.4 Sammenligning med Bering 15 Spa
Page 31 and 32: Kapitel 3 Bering Bering ([5], [30],
Page 33 and 34: 3.1 Berings bane i solsystemet 19 F
Page 35 and 36: 3.2 Berings instrumenter 21 - Mode:
Page 37 and 38: Kapitel 4 Kommunikationsteori Ønsk
Page 39 and 40: 4.1 Linkbudgetligningen 25 hvor Lp
Page 41 and 42: 4.1 Linkbudgetligningen 27 EIRP st
Page 43 and 44: 4.2 Komprimering af data - “Lossy
Page 45 and 46: 4.3 Radio-linkbudget for Bering 31
Page 47 and 48: 4.4 Højere datarater med højere f
Page 49 and 50: Kapitel 5 Optisk kommunikation Ford
Page 51 and 52: 5.2 Detektion 37 5.2.1 Detektorer V
Page 53 and 54: 5.3 Støj 39 tektor. p-i-n-fotodiod
Page 55 and 56: 5.3 Støj 41 5.3.2 Støj i detektor
Page 57 and 58: 5.4 Den optiske linkbudgetligning 4
Page 59 and 60: 5.4 Den optiske linkbudgetligning 4
Page 61 and 62: 5.5 Eksperimenter med optisk kommun
Page 63 and 64: 5.5 Eksperimenter med optisk kommun
Page 65 and 66: Kapitel 6 Lasere Et atom kan absorb
Page 67 and 68: 6.2 Typer af lasere 53 faststoflase
Page 69 and 70: 6.3 Pulsing 55 hvilket giver en gen
Page 71 and 72: 6.5 Berings lidar 57 6.5 Berings li
Page 73 and 74: Kapitel 7 Modulation 7.1 Modulation
Page 75 and 76: 7.1 Modulationsarter 61 hinanden. D
Page 77 and 78: 7.2 Modulation af laserstråler med
Page 79 and 80: 7.3 Protokoller 65 Figur 7.2: Datap
Page 81: Kapitel 8 Optik 8.1 Gauss-strålen
Page 85 and 86: 8.2 Bessel-strålen 71 Vi betragter
Page 87 and 88: Kapitel 9 Acquisition og tracking 9
Page 89 and 90: Kapitel 10 Berings optiske link Ved
Page 91 and 92: 10.2 Linkbudgettet 77 Dette er den
Page 93 and 94: 10.3 Støj 79 hvilket i APDen induc
Page 95 and 96: 10.5 Et skuffende resultat 81 på B
Page 97 and 98: 10.5 Et skuffende resultat 83 Figur
Page 99 and 100: Kapitel 11 Konklusion Den umiddelba
Page 101 and 102: 11.2 Optisk kommunikation i rummet
Page 103 and 104: Litteratur [1] G.P. Agrawal: Fiber-
Page 105 and 106: LITTERATUR 91 [25] J.R. Lesh, J. Ka
show all

Optisk kommunikation i deep space - Steen Eiler Jørgensen

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?