An alternative approach to free space optical communication link

Abstract

oz Serbest-uzay optik iletişim son yıllarda gerek askeri gerekse de sivil iletişim alanlarında yüksek iletişim kapasitesi, çabuk kurulumu, taşmabilinirliği ve dar bir saçılma açısına bağlı güvenlik özellikleri ile dikkat çekmektedir. Ancak, iletim kanalının atmosfer olması link kalitesi üzerinde ışıldama ve yüksek zayıflamadan kaynaklanan olumsuz etkilere neden olmaktadır. Bu zorluklan aşmak için bir çok farklı donanım ve iletişim tekniği kullanılmaktadır. Düşük güçlerde iletişime olanak sağlayan ve ışıldamanın azaltılmasına da yarayan büyük çaplı merceklerin kullanımı sistem maliyetini oldukça olumsuz etkilemektedir. Klasik optik mercekler yerine Fresnel merceklerinin kullanılması hem ışıldama hem de maliyet için bir çözüm olabilmektedir. VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) teknolojisindeki gelişmelere bağlı olarak, yüksek çıkış güçlü az saçılan bu lazerler daha düşük maliyetli serbest-uzay iletim hatlarının tasarlanmasını olanaklı kılmaya başlamıştır. Bu tez çalışmasında var olan sistemler incelenmekte ve Fresnel merceklerin kullanıldığı alternatif düşük-maliyetli serbest-uzay optik iletişim sistemi teorik ve deneysel olarak incelenmiştir. İletişim sistemi atmosferik iletim kanalında değişik optik düzenekler ile iki günlük dönemsel süreler boyunca gözlemlenmiştir. Deneysel sonuçlar Fresnel merceklerin klasik merceklere benzer başanmlara ulaştığını göstermektedir. Sonuç olarak büyük çaplı Fresnel mercekli sistemler ışıldamanın baskın olduğu iletim kanalında maliyeti artırmadan daha iyi başarım elde etmede kullanılabilmektedir.

ABSTRACT İn-. recent years commercial and military interest in free-space optical (FSO) communication has been growing due to advantages of high bandwidths, portability and high security. Despite of the numerous advantages, atmospheric events such as attenuation and scintillation severely affects the link quality. Novel methods of mitigating atmospheric events have been applied. Usage of large aperture lenses and high transmitted power decreases the degradation effects, but increases the overall system cost. Fresnel lenses, as an alternative to the classical optic system for mitigating scintillation effects would be a low-cost solution. As a result of the technological improvements on output power and divergence angles of VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) high-speed cost effective FSO communication system design became possible. In this thesis commercially available FSO systems are reviewed and an alternative low-cost system relying on Fresnel lens optical unit is theoretically and experimentally investigated. The system has been tested and compared for two-day periods with various configurations under atmospheric effects. The results indicated that the Fresnel lenses perform comparably well in contrast to bulk optic lenses. Thus, the large aperture Fresnel optic unit can be deployed for better performance at the scintillation dominating situation without a penalty at the cost. IV