Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка системы формирования лазерных пучков с управляемой пространственной структурой для задач беспроводной оптической связи

Номер контракта: 14.613.21.0035

Руководитель: Аксенов Валерий Петрович

Должность руководителя: ведущий научный сотрудник

Докладчик: Романовский Олег Анатольевич, заведующий научно-образовательным центром

Организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е.Зуева Сибирского отделения Российской академии наук
Организация докладчика: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е.Зуева Сибирского отделения Российской академии наук

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
беспроводная оптическая связь, синтезированные и вихревые пучки, оптоволоконные лазеры, турбулентная атмосфера.

Цель проекта:
Целью исследований является разработка и создание макета системы формирования лазерных пучков с управляемой пространственной структурой, в том числе возможностью формирования вихревых пучков. Для реализации указанной цели необходимо решить следующие задачи: — разработка способа оперативного управления начальными характеристиками синтезированного лазерного пучка, — моделирование формирования и распространения в турбулентной атмосфере синтезированных и вихревых пучков, несущих в себе информацию, кодированную величиной орбитального углового момента; — разработка технических требований для создания устойчивых к атмосферным искажениям оптических пучков с управляемыми энергетическими, фазовыми и когерентными характеристиками, — создание эскизно конструкторской документации макета системы формирования лазерных пучков с управляемыми пространственными характеристиками, в том числе возможностью формирования вихревых пучков. — экспериментальная апробация макета системы формирования лазерных пучков с управляемыми пространственными характеристиками, в том числе возможностью формирования вихревых пучков.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения ПНИ должны быть получены следующие научно-технические результаты:
1. Промежуточный и заключительный отчеты о ПНИ, включающие:
- аналитический обзор на тему «Системы формирования лазерных пучков с управляемой пространственной структурой».
- описание асимптотической теории распространения вихревых лазерных пучков в случайно-неоднородных средах.
- описание методов математического и численного моделирования формирования излучения матрицы волоконных лазеров с управляемыми амплитудными, фазовыми и когерентными характеристиками синтезированного пучка.
- описание методов математического и численного моделирования распространения синтезированных частично когерентных пучков в турбулентной атмосфере.
- описание методов математического и численного моделирования синтезированных вихревых пучков с управлением орбитального углового момента..
-результаты анализа эффективности управления вихревыми характеристиками передающего пучка в системах беспроводной оптической связи.
- результаты модельных расчетов флуктуаций интенсивности оптического излучения при транспортировке синтезированного лазерного пучка через турбулентную атмосферу.
- результаты модельных расчетов статистических характеристик флуктуаций интенсивности, случайных блужданий и флуктуаций орбитального углового момента вихревых пучков в зависимости от топологического заряда вихря и дифракционных параметров пучка.
- характерные особенности дисперсии флуктуаций интенсивности вихревых пучков в сравнении с дисперсией флуктуаций интенсивности фундаментальных безвихревых пучка в турбулентной атмосфере.
- оптимальные характеристики системы формирования излучения матрицы волоконных лазеров с целью оперативного управления амплитудными, фазовыми и когерентными характеристиками синтезированного пучка.
- результаты анализа эффективности управления фазовыми, амплитудными и когерентными характеристиками передающего синтезированного пучка в системах беспроводной оптической связи,
- рекомендации по созданию систем формирования оптических пучков с управляемой пространственной структурой и снижению искажающего влияния атмосферной турбулентности на передачу информации по атмосферно-оптическим каналам связи
-список научных публикаций, свидетельств на регистрацию программ ЭВМ и патентов по теме ПНИ
2. Техническая и программная документация, включающая:
- тексты и описания программы математического и численного моделирования формирования излучения матрицы волоконных лазеров с управляемыми амплитудными, фазовыми и когерентными характеристиками синтезированного пучка; программы математического и численного моделирования распространения синтезированных частично когерентных пучков в турбулентной атмосфере; программы математического и численного моделирования синтезированных вихревых пучков с управлением орбитального углового момента.
- эскизную конструкторскую документацию на макет системы формирования лазерных пучков с управляемыми пространственными характеристиками, в том числе возможностью формирования вихревых пучков.
- акт об изготовлении макета системы формирования лазерных пучков с управляемыми пространственными характеристиками,
- программу и методику проведения экспериментальных исследований работы макета системы формирования лазерных пучков с управляемыми пространственными характеристиками,
-акт и протоколы проведения экспериментальных исследований работы макета системы формирования лазерных пучков с управляемыми пространственными характеристиками.
3 Экспериментальный образец:
Макет системы формирования лазерных пучков с управляемыми пространственными характеристиками
4. Программы для ЭВМ
- программа математического и численного моделирования формирования излучения матрицы волоконных лазеров с управляемыми амплитудными, фазовыми и когерентными характеристиками синтезированного пучка.
- программа математического и численного моделирования распространения синтезированных частично когерентных пучков в турбулентной атмосфере.
- программа математического и численного моделирования синтезированных вихревых пучков с управлением орбитального углового момента.
5 Отчеты о патентных исследованиях:
- отчет по теме «Системы формирования лазерных пучков с управляемой пространственной структурой».
- дополнительный отчет по теме «Системы формирования лазерных пучков в задачах беспроводной оптической связи».
6 Патенты и свидетельства о государственной регистрации программ ЭВМ:
- свидетельство о регистрации программы математического и численного моделирования формирования излучения матрицы волоконных лазеров с управляемыми амплитудными, фазовыми и когерентными характеристиками синтезированного пучка.
- свидетельство о регистрации программы математического и численного моделирования распространения синтезированных частично когерентных пучков в турбулентной атмосфере.
- свидетельство о регистрации программы математического и численного моделирования синтезированных вихревых пучков с управлением орбитального углового момента.
- патент на полезную модель, предполагаемое название: «Система формирования лазерных пучков с управляемыми пространственными характеристиками для задач оптической связи».
7 Аннотационные отчеты иностранного партнера, включающие:
- предложения по принципам работы системы формирования синтезированных пучков на основе когерентного и некогерентного сложения излучения матрицы волоконных лазеров,
- предложения по техническим характеристикам системы формирования синтезированных пучков на основе когерентного и некогерентного сложения излучения матрицы волоконных лазеров для обеспечения проведения тестовых испытаний.
- рекомендации по определению оптимальных характеристик системы формирования лазерных пучков с управляемыми пространственными характеристиками,
- предложения по повышению эффективности управления характеристиками передающего синтезированного пучка на реальных атмосферных трассах распространения

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
При разработке макета системы формирования лазерных пучков с управляемыми пространственными характеристиками, в том числе возможностью формирования вихревых пучков должны быть выполнены следующие требования.
Требования по составу:
Система должна состоять из трех основных блоков: матрица оптоволоконных излучателей; блок сложения излучения; блок управления, регистрации и обработки данных.
Требования к функционированию.
Система должна функционировать в лабораторных условиях.
Требования к параметрам.
Система должна удовлетворять следующим параметрам:
Выходная мощность передатчика, мин. 70 мВт;
Рабочая длина волны 1,064 мкм;
Ширина полосы излучения 3 МГц;
Диаметр синтезированной апертуры, макс. 120 мм;
Количество синхронизируемых пучков, мин. 7;
Время установления заданного
пространственного распределения лазерного пучка ~ 10 мс;
Частота регистрации волнового фронта 800 Гц;
Полоса пропускания приемника 150 МГц.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Разработанные численные модели формирования и распространения в турбулентной атмосфере излучения матрицы волоконных лазеров с управляемыми амплитудными, фазовыми и когерентными характеристиками синтезированного пучка должны быть предназначены для реализации в виде программ ЭВМ.
2. Макет системы формирования лазерных пучков с управляемыми пространственными характеристиками, в том числе возможностью формирования вихревых пучков должен обеспечивать создание оптических пучков с изменяемыми энергетическими, фазовыми и когерентными характеристиками, предназначенных для систем беспроводной оптической связи.

Текущие результаты проекта:
1 Аналитический обзор и анализ научно-технической литературы в области перспективных практических приложений системы формирования лазерных пучков с управляемой пространственной структурой.
2. Проведение патентных исследований в соответствии ГОСТ Р 15.011-96.
3. Закупка и аренда необходимого технологического и контрольно-измерительного оборудования.
4 Разработка асимптотической теории распространения вихревых лазерных пучков в случайно-неоднородных средах. 1.5 Разработка методов математического и численного моделирования формирования излучения матрицы волоконных лазеров с управляемыми амплитудными, фазовыми и когерентными характеристиками синтезированного пучка.
6 Разработка методов математического и численного моделирования распространения синтезированных частично когерентных пучков в турбулентной атмосфере.
7 Разработка методов математического и численного моделирования синтезированных вихревых пучков с управлением орбитального углового момента.