CC BY
20
4. Максимов Б.К., Обух А.А., Тихонов А.В. Электростатическая безопасность при заполнении резервуаров нефтепродуктами. - М.: Энергоатом-издат, 1989.
5. Максимов Б.К., Обух А.А. Статическое электричество в промышленности и защита от него. - М.: Энергия, 1978. - 80 с.: ил.
6. Добронец Б.С., Попова О.А. Численный вероятностный анализ неопределенных данных / Сибирский федеральный университет, Институт космический и информационных технологий. - Красноярск, 2014.
7. Попова О.А. Гистограммный информационно-аналитический подход к представлению и прогнозированию временных рядов // Информатизация и связь. - 2014. - № 2. - С. 43-47.
ОПТИЧЕСКАЯ ГИБРИДНАЯ СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ С ИЗМЕНЕНИЯМИ СОСТОЯНИЙ УГЛОВОГО ОРБИТАЛЬНОГО МОМЕНТА ФОТОНОВ
© Кузяков Б.А.*
Московский технологический университет информационных технологий, радиотехники и электроники (МИРЭА), г. Москва
Работа посвящена методам применения состояний орбитальных угловых моментов (ОАМ) фотонов в оптических гибридных системах передачи информации (ОГСИ). Рассматривается прохождение мод ОАМ в скрученных анизотропных световодах. В модуле передатчика формируется поток фотонов с определенной модой ОАМ, в приемном модуле выбираются фотоны с соответствующей модой ОАМ, что позволяет реализовать корректировку системы телекоммуникации. Рассмотрены несколько методов генерации и селекции состояний ОАМ. Рассматриваются методы вариации состояний ОАМ (от 1 до 50) с использованием схемы с одномодовым оптическим волокном, оптического пространственного модулятора и отражательных голографических элементов. Показаны гистограммы 3-х принятых состояний оптических сигналов на входе приемного модуля, с учетом влияния перекрестного модового взаимодействия, при передаче состояния 1 моды ОАМ.
Ключевые слова: оптические гибридные системы; передача информации; орбитальные угловые моменты фотонов; отражательные голо-графические элементы; модовое взаимодействие.
В последнее время для реализации информационной связи [1, 2] между разнообразными объектами, в ряде случаев, необходимы оптические гиб-
* Доцент кафедры Телекоммуникационных систем, кандидат физико-математических наук.
ридные системы (ОГСИ). Они могут содержать несколько сегментов волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) и атмосферных открытых линий связи (АОЛС). Относительную устойчивость оптического телекоммуникационного канала, можно повысить на основе использования орбитальных угловых моментов фотонов (ОАМ) [1-3].
В работе, начавшегося года, коллективу авторов [4] теоретически удалось показать, что проблему повышения устойчивости можно решить путем использования, в качестве передающей среды, оптического вихря (ОВ) скрученные анизотропные волокна с крутильными напряжениями (САВКН). Один из вариантов скрученного волокна приведен на рис. 1 .
Рис. 1. Вариант скрученного волокна (СЭВ) с анизотропией формы (эллиптичность)
В данной работе показано, что в интенсивно скрученном сильно анизотропном волокне (САВ) устойчиво распространяются эллиптически поляризованные моды ОВ с топологическим зарядом 1 = ±1. В случае интенсивно скрученного волокна, скрутка приводит к снятию вырождения постоянных распространения двух циркулярно-поляризованных ОВ, по знаку полного углового момента (спиновый + орбитальный), что является оптическим аналогом эффекта Зеемана. В этой работе анализируется устойчивость распространения ОВ в обычных и скрученных волокнах, приведена так же модель диэлектрической проницаемости скрученного волокна в базисе линейных поляризаций. Авторы работы [4] подтверждают вывод об устойчивости распространения ОВ в САВ и СЭВ по отношению к малым внешним возмущениям со случайным распределением ориентации директора анизотропии, что показывает возможность их успешного использования в системах передачи информации.
Кроме волокон со сплошной сердцевиной, уже используется полое волокно. Так в работе [5] представлен волоконный световод с сердцевиной за-
полненной воздухом, пропускающий моды ОАМ, с разными топологическими номерами Ь, с высокой эффективностью.
Такие волоконные световоды позволяют пропускать моды ОАМ на расстояния свыше 1 км в диапазоне длин волн 1530-1565 нм с потерями 1,9-2,2 дБ/км и могут использоваться в системах оптической связи для повышения информационной емкости сигнала на фотон.
В недавней работе [6] рассматриваются методы вариации состояний ОАМ (от 1 до 50) с использованием схемы с одномодовым оптическим волокном и оптического пространственного модулятора (ОПМ).
Рис. 2. а) Волоконный световод с сердцевиной заполненной воздухом, пропускающий моды ОАМ, с топологическими номерами Ь = ±5-±7, с высокой эффективностью; Ь) распределение показателя преломления световода по сечению; справа внизу условно показана группа мод с несколькими номерами Ь
24 .. — 40 —-
о о
Рис. 3. Примеры вариации состояний ОАМ с использованием ОПМ для моды ОАМ с номером (слева - направо): 4; 24; 40.
Примеры вариации состояний ОАМ, на выходе телескопа, с разными номерами моды ОАМ, приведены на рис. 3.
При этом, в условиях сильной турбулентности атмосферы, сигналы расширяются и проявляется их перекрестное влияние, особенно для ближайших мод. На рис. 4. показаны гистограммы 3-х принятых оптических сигналов ОГИС на входе приемного модуля [6] при передаче состояния 1 моды ОАМ.
Рис. 4. Гистограммы 3-х принятых состояний оптических сигналов (слева - направо: 1, 2, 3) на входе приемного модуля при передаче состояния
1 моды ОАМ (нормированная частота - по вертикальным осям; нормированная оптическая мощность сигнала - по горизонтальным осям)
Гистограмма принятого состояния 1, с хорошей точностью, соответствует переданному состоянию 1 моды ОАМ, а две других (2, 3) гистограммы -являются результатом перекрестного влияния мод.
В середине прошлого года группа авторов [7] предложила модифицированный УС8БЬ лазер (МУС8БЬ), генерирующий ряд мод ОАМ (рис. 5). На выходном торце, известной структуры «сэндвич» УС8БЬ лазера дополнительно установлена спиральная фазовая пластина. Таким образом, в слоистой структуре МУС8БЬ содержатся: активная область, помещенная в лазерный резонатор, образованный распределенными Брэгговскими зеркалами, дифракционная нано-решетка, две металлизированные пластины с соответствующими Р, N - контактами для соединения с источником электропитания и спиральная фазовая пластина на выходном торце лазерной структуры. Немодифицированный УС8БЬ лазер (без фазовой пластины на торце), с диаметром выходной апертуры - 8,5 мкм, излучает на длине - 860 нм максимальную мощность - 4 мВт при типичном токе накачки - 6 мА.
В этой работе [7] приведен также ряд примеров перспективного применения МУС8БЬ, включая оптические линии связи со скоростями, превышающими несколько десятков ГГц за счет использования относительно нового вида мультиплексирования по ОАМ модам.
г
' ВЗбит
(а)
(в)
(с)
Рис. 5. Структура модифицированного УС8БЬ лазера: (а) торец лазера без пластины; спиральная фазовая пластина в увеличенном масштабе; (в) вид сбоку; (с) вид сверху
Приведенные материалы позволяют вплотную подойти к оптимизации заданной структуры системы связи. Перспективный вариант фрагмента ОГСИ приведен на рис. 6.
Млзучь Вшоддас
ГС-Ю.ЮШ 1П1УКНК
Рис. 6. Перспективный вариант фрагмента ОГСИ
Разработанный, на основе проведенного анализа современных информационных источников, вариант обобщенной оптимизированной структуры однонаправленной ОГСИ (симплекс) включает следующие модули и блоки:
- модуль МУС8БЬ, на который поступает информационный сигнал, генерирующий моды ОАМ;
- сегмент ВОЛС, на базе волокна 1РОЩ с поддерживающего ОАМ моды, общей протяженностью - 900 м;
- модуль волоконно-оптического усилителя (ВОУ) (традиционный) с коэффициентом усиления - 25 дБ;
- секция фотонно-кристаллического волокна (ФКВ);
- модуль передающей телескопической системы (составная часть АОЛС);
- сегмент свободной атмосферы, с общей протяженностью - 2700 м;
- модуль приемной телескопической системы (составная часть АОЛС);
- сегмент ВОЛС на базе «полого» волокна, поддерживающего ОАМ моды, с общей протяженностью - 500 м;
- модуль приемника на базе pin-фотодиодов;
- блок обработки сигнала.
Таким образом, в рассмотренных методах могут быть реализованы различные состояния ОАМ для многообразных оптических гибридных систем передачи информации. Проведенный анализ показал, что метод коррекции фазы, при использовании ОАМ фотонов в схеме с отражательными дифракционными элементами, имеет определенные преимущества.
Список литературы:
1. Sanchez D.J., Oesch D.W. Localization of angular momentum in optical waves propagating through turbulence // Optics Express. - 2011. - V 19, Is. 25. -Р. 25388-25396.
2. Gibson G., Courtial J., Padgett M. et al. Free-space information transfer using light beams carring orbital angular momentum // Optics Express. - 2004. -V 12, Is. 22. - Р. 5448-5456.
3. Кузяков Б.А., Тихонов Р.В. К проблеме повышения доступности оптической телекоммуникационной системы с атмосферными сегментами // Труды III-й Всероссийской конференции по фотонике и информационной оптике. - М.: НИЯУ МИФИ, 2014. - С. 23-24.
4. Яворский М.А., Баршак Е.В., Алексеев К.Н. Основанная на ОУМ-ко-дировании устойчивая передача информации с помощью скрученных анизотропных волокон // 5 Международная конференция по фотонике и информационной оптике. Сб. науч. трудов. - М.: НИЯУ МИФИ, 2016. - С. 57-58.
5. Gregg P., Kristensen P., Ramachandran S. Conservation of orbital angular momentum in air core optical fibers // Optica. - 2015. - Vol. 2, Is. 3. - Р. 267-270.
6. Funes G., Vial M., Anguita J.A. Orbital-angular-momentum crosstalk and temporal fading in a terrestrial laser link using single-mode fiber coupling // Optics Express. - 2015. - Vol. 23, Issue 18. - Р. 23133-23142.
7. Li H., Phillips D.B., Wang X., Ho Y.-L.D., Chen L., Zhou X., Zhu J., Yu S., Cai X. Orbital angular momentum vertical-cavity surface-emitting lasers // Optica. - 2015. - Vol. 2, Is. 6. - Р. 547-552.
КОНТРОЛЕПРИГОДНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ СИСТЕМ. МЕТОДЫ АНАЛИЗА
© Спиридонов И.Б.*
Публичное Акционерное Общество «Корпорация ИРКУТ», г. Москва
Методы оценки и анализа контролепригодности определяются задачами по техническому обслуживанию, в частности по оценке эффек-
* Начальник отдела.
