Wireless optical wave propagation in underwater medium

Abstract

Bu tezde, en düşük dereceli koşutlanmış optik Gauss ışın demetinin sualtı ortamında kablosuz yayılımında oluşan ortalama geçirgenlik üzerine türbülansın etkisi incelenmiştir. Okyanustaki türbülansın etkisini gözlemlemek için, tuzluluk ve sıcaklık etkileriyle bileşen homojen ve eşyönlü okyanus suyunun güç spektrumu kullanıldı. Rytov metodu ve nümerik integrasyon kullanılarak, güç spektrumunu oluşturan parametrelerin ortalama geçirgenlik üzerine etkileri incelendi. Matlab programının yardımıyla elde edilen sonuçlara göre, ortalama geçirgenliğin ortalama karesel sıcaklık dağılım oranı ile ters orantılı, akışkanın birim kütlesine düşen kinetik enerji dağılım oranı ile doğru orantılı olduğu belirlendi. Yayılım mesafesinin artması ve dalgaboyunun küçülmesi halinde ise ortalama geçirgenlik azalmaktadır. Tuzluluk ve sıcaklığın kırılma indisi spektrumuna katkısı oranının sıcaklık içerikli optik türbülans ile ifade edilen kısmı, ortalama geçirgenliği neredeyse hiç azaltmamaktadır. Fakat tuzluluk bazlı optik türbülans, ortalama geçirgenliği kesin bir şekilde düşürmektedir. Kolmogorov küçük ölçek uzunluğundaki artış, önce türbülans etkisini arttırmakta ve ortalama geçirgenliği azaltmakta, ancak Kolmogorov küçük ölçek uzunluğu daha fazla arttırıldığında, türbülans etkisi düşmekte ve ortalama geçirgenlik artmakta, sonunda ise bir doyum gözlemlenmektedir.

In this thesis, the effects of the turbulence on the average transmittance are examined when the lowest order collimated Gaussian optical beam wave propagates in a wireless underwater medium. To observe the oceanic turbulence effect, the power spectrum of homogeneous and isotropic oceanic water combining the effects of salinity and temperature is used. Employing the Rytov method and the numeric integration, the effects of the parameters of power spectrum on the average transmittance are analyzed. Obtaining results with the help of Matlab program indicates that the rate of dissipation of the kinetic energy per unit mass of fluid is directly proportional to the average transmittance while the rate of dissipation of the mean-squared temperature is inversely proportional to the average transmittance. Increase in the link distance and decrease in the wavelength reduce the average transmittance. When the temperature-induced optical turbulence is dominant in the ratio of the salinity and temperature contributions to the refractive index spectrum, the average transmittance almost never decreases. However, the salinity-induced optical turbulence reduces the average transmittance sharply. Increasing the Kolmogorov microscale length, first the turbulence effect increases and the average transmittance decreases, but when the value of Kolmogorov microscale is further increased, the turbulence effect starts to decrease and the average transmittance increases, eventually a saturation is observed.