Optik Alıcının Temel Bileşenleri

Optik alıcı, herhangi bir ücretsiz uzay optik (FSO) iletişim bağlantının kalbidir. birincil işlevi, bu ışık kirişini yakalamak, elektrik sinyaline dönüştürmek ve sonra, orijinal verileri minimum hatayla kurtarmak için sinyal işleme işlemidir. İyi tasarlanmış bir alıcı doğrudan achievable veri oranını, bağlantı mesafesini ve genel sistem güvenilirliğini belirler.

Fotodetectors: Signal Dönüşüm Element

Fotoğrafçısı muhtemelen en kritik bileşenidir.Bu, gelen fototoksitlerin elektrik akımına uygun olmasını gerektirir.FSO alıcıları için en yaygın iki seçenek PIN fotodiodes ve avalanche fotodiodes (APDs) PIN fotodiodes (APDs) ile basit, düşük gerilimli bir işlem sunar, böylece iç içe geçmiş yükselticiler için uygun hale getirir.

Optik Filtreler: Unwanted Light

Bir FSO linkinde, alıcı sadece planlanan sinyali yakalamaz, aynı zamanda güneşten, yapay kaynaklardan ve dağınık ışıktan gelen bir optik filtre, bu dışlamanın ön kısmında yer alır.Genel olarak, optik filtreler de belirli bir kutuplaşma veya uzaysal modda seçim yapmak için hizmet edebilir.

Amplifiers and Front-Bit Electronics

Fotodetector çıktısı küçük bir akımdır, genellikle mikroampere'nin nanoampere aralığına kadar taşınması gerekir.Bu sinyal, düşük transimpedans yükselticisi (TIA) daha fazla işlemeden önce sinyale kadar yükseltilebilir. TIA'nın tüm sinyal kanallarını yükselterek, yüksek çözünürlükte kullanılan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte otomatik olarak ayarlanabilir.

Signal Processing ve Demodulation

İşaretin basitleştirilmesi ve koşullandırılması (OOK) sistemleri için, basit bir hesaplama (PLL) ve bir faz açma işlemi için (PLL) yeterli olabilir.Bu birim, ataksiyon (PPM) veya amplifikasyon süresi gibi gelişmiş modlama biçimleri için (QAM), daha sofistike dijital sinyal işleme (DSP) gereklidir. DSP bloku kanallama işlemi için de uygun şekilde sabitlenebilir.

Anahtar Tasarım Tahminleri

FSO için optik bir alıcı tasarlamak çok-objective optimizasyon problemidir. Mühendisler hassas, dinamik aralık, güç tüketimi ve atmosferik bir kanalın öngörülemeyen doğası için muhasebeyi dengelemelidir. Aşağıdaki alt bölümler en önemli tasarım parametreleri ve ticaret-offları detaylandırır.

Hassasiyet ve Gürültü Yönetimi

Alıcı duyarlılığı, belirli bir miktar hata oranı elde etmek için gerekli minimum optik güç olarak tanımlanır (BER), genellikle 10)-9) veya 10[Dönetici:2)-12[DD[DDönetici)[Döneticiler, gürültü kaynakları tarafından doğrudan etkilenir ve uygulama gücü, otomatik olarak eşdeğer bir güç (NEP) aşağıdaki sesin altındaki bir anahtarlamanın anahtarının altında tutulmasıdır.

Band Wide and Data Rate

Alıcı bant genişliği, veri hızı ve modulation formatına kıyasla olmalıdır. OOK sistemlerinde, gerekli bant genişliği biraz daha düşük kapasitelidir.Daha yüksek sipariş modulations için, yüksek bant genişliği için daha düşük olabilir, ancak yüksek bir SNR gereksinimi ile. fotodetector'un kendisi, taşıyıcı zaman ve RC zaman sabit bir şekilde sabitlenmeli ve yüksek taşıyıcı hızına sahip olmak için gerekli olan alıcıları seçmek, yüksek çözünürlükte yüksek bant genişliği için gereklidir.

Adaptasyon ve Takip Sistemi

FSO'da, verici ve alıcı arasındaki uyum, hızlı bir şekilde çalışan bir ayna (FSM) veya bir ipucunu kullanarak, dörtlü bir fotoyot veya bir pozisyona duyarlı bir dedektörün gelmesi için, bir geri bildirim döngüsüne yol açan bir optik diskin (biraz) ayarlanması için yüksek çözünürlükte bir araya gelmesi gerekir.

Atmospheric Channel Effects

atmosfer, absorpsiyonu ve akışları tanıtıyor. Su buharı, CO2 ve diğer gazlar, belirli dalgalarda sinyal gücünü azaltır.Scattering by fog, rain, and fındık causes kirişler ve attenuation. alıcı bu kayıpların üstesinden gelmek için yeterli bağlantı ile tasarlanmalıdır.Turbulence, scintillation ve kirişler, alınan güçte hızlı dalgalanmalar sağlar. Sağlam bir alıcı, 20-30 dB'yi ele geçirmek için otomatik kazanç kontrolü içerir.

Gelişmiş Kabul Mimarileri

Daha yüksek veri oranları ve daha uzun mesafeler için talepler büyüdükçe, daha sofistike alıcı tasarımları geliştirilmektedir. Bu mimariler basit doğrudan algılama sınırlamalarının ötesine geçer.

Coherent Tespit Alıcıları

Coherent algılama, daha yüksek sipariş modlama formatları ve yakın-quantum sınırlı hassasiyetleri kullanarak, aynı veri oranı için doğrudan algılamadan 20 dB'ye kadar hassasiyet elde etmek için yerel bir osilatör (LO) lazer kullanır.Bu program, yüksek çözünürlükte daha kolaylaştırılmış bir şekilde ısıtılabilir ve yüksek çözünürlükte daha yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, optik bir lazer, optik bir lazer, optik, dengeli bir fotodektöre ve geniş bir dijital sinyal işleme sağlar.

Spasal ve Spetral Çeşitlilik Alıcıları

Farklı uzaysal yerlerde veya farklı dalgalarda çalışan birçok fotodetektör kullanır. Spasal çeşitlilik, birden fazla dalga boyun eğlendiricisi ile uygulanabilir ve her bir uçlu çeşitliliği ile her bir dalga boyun eğlendiricisi ile genişletilebilir ve sonra, her bir dalga boyun eğlendirici kullanarak sinyalleri birleştirmektedir.Bu teknik derin dalgalama sistemlerini azaltır.

Kuantum-Limited Alıcılar

Yakın vadeli gelecek FSO sistemleri kuantum anahtar dağıtım (QKD) veya diğer kuantum sınırlı alıcılar tek foton seviyesinde faaliyet gösteren ve aynı zamanda tek foton dedektörlerinin (SNSPDs) veya geçiş-en-son sensörleri dahil edilebilir.Bu alıcılar güvenli kuantum iletişim için temeldir ve ayrıca uzun vadeli, düşük seviyeli nano-vericilerin de son derece sınırlı olduğu yerlerdeki nano-ta-devaptörlerin kullanımı sağlar. Tasarım zorlukları ağlamak için (SNSPDs için), hassas soğutma (SNSPD) içerir.

Gelişen Teknolojiler ve Gelecek Trendleri

Fotonik ve elektronikteki inovasyonun hızı, FSO alıcıları için yeni olasılıklar açıyor. Birkaç trend sonraki nesil sistemleri şekillendirecek.

Tümleşik Fotonik Alıcıları

Fotodetectors, filtreler ve hatta tek bir fotonik çipe yükselticiler (örneğin, silikon fotonikler veya tek bir fosforlu fobi platformları) birleşik, düşük maliyetli ve yüksek hacimli alıcılar için, entegre optik hibritler, çipler için bir araya getirilebilir, birkaç başlangıç ve tek bir kamerada fotoyotsal düzlemde bir araya gelir.Bu yaklaşım, karmaşıklık noktaların sabitleştirilmesine karşı optimizasyon yapar.Bu yaklaşım, karmaşıklık ve güç tüketimi azaltır.

Adaptasyon İşleme için Makine Öğrenme

Makine öğrenimi (ML) algoritmaları, gerçek zamanlı olarak alıcı görevlerine uygulanır. ML- bazlı sembolü algılama, yüksek çözünürlükte geleneksel doğrusal eşitleme algılamalar ve kanal dışı kanallarda istatistiksel olarak tespit edilebilir. Başka bir uygulama, alıcı parametrelerini (örneğin, kazan, eşleme, filtre katları) proaktif ayarlamasına izin verir. ML- bazlı sembolü doğrudan alıcıya dönüşür.

Photodetectors için Gelişmiş Malzemeler

Geleneksel silikon ve Gazın ötesinde malzemeler gelişmiş performans için ortaya çıkıyor. Graphene ve diğer 2D malzemeler ultra yüksek taşıyıcı hareketliliği ve geniş bant absorpsiyonları sunar, fotodetektörlerin orta hıza görünür olmasını sağlar. orta ölçekli ikilemciye kadar çalışır, potansiyel olarak düşük maliyetlidir, çünkü bu gelişmeler hala yakın tarihli yüksek çözünürlüktedir.

Meydanlar ve Mitigation Strategies

Hızlı ilerlemeye rağmen, FSO alıcı tasarımı hala yaygın ticari kabul için ele alınması gereken birkaç pratik zorlukla karşı karşıyadır.

Hava ve Çevre Kısıtlığı

Fog, kar ve ağır yağmur, on dB per kilometer'ın on iki katına çıkmasına neden olabilir, alıcının sinyali yüksek hassasiyetle tespit etmesi imkansız hale getirebilir. Mitigation stratejileri, hibrit FSO /RF sistemleri optik koşullar kesintiye uğramadan derin bir şekilde yedek bağlantıya geçiş yapar. alıcı ön uçları her iki net-sky güçlü sinyalleri ve ağır attanalı koşulları işlemek için çok dinamik bir aralığı ile tasarlanmalıdır.

Göz Güvenliği Yönetmeliği

FSO vericileri göz güvenliği standartlarına uymalıdır (IEC 60825 for lazerler için). Alıcı tasarımı, gelişmiş hassasiyetle daha düşük aktarma gücü kullanımını sağlayarak dolaylı olarak yardımcı olabilir. Bazı sistemlerde, alıcının kendisi lazerten kapatan bir göz güvenliği aramaktadır.

Maliyet ve Kompleksi

APDs, dar bant filtreleri ve koherent optikler pahalı. Kitle-pazar uygulamaları (örneğin, son mil erişim), maliyet, tasarım ve maliyet arasındaki en düşük maliyetlidir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Optik alıcılara ücretsiz uzay optik iletişim için tasarım, optik, elektronik, malzeme bilimi ve sinyal işlemeyi birleştiren çok disiplinli bir çabadır. Temel bina blokları -fotoğraflar, yükselteçler ve sinyal işleme birimleri - entegre fotonikler, makine öğrenimi ve yüksek bant genişliğine söz verirken, daha güvenli ve dinamik bir şekilde yüksek çözünürlükte bulunan yüksek tasarıma sahip olan yüksek kalitedeki yüksek kalitedeki yüksek kalitedeki yüksek çözünürlükte performanslar için daha hızlı bir şekilde sağlanmaktadır.