Демодуляция амплитудно-модулированного пучка при распространении в морской воде

Исследуется функция передачи модуляции амплитудно-модулированного сигнала в морской воде, которая описывает изменение глубины модуляции в зависимости от частоты модуляции и является важнейшим фактором, определяющим качество оптической связи. Проводится сравнение теоретических расчетов с экспериментом, моделирующим перенос излучения в морской воде. Дается краткое описание используемой экспериментальной установки и сред, моделирующих оптические свойства морской воды. Рассчитывается изменение глубины модуляции сигнала при изменении частоты модуляции, угла наблюдения между осями излучателя и приемника и оптического расстояния между источником и приемником. Теоретические расчеты в рамках многокомпонентного подхода в сочетании с малоугловым диффузионным приближением теории переноса излучения проводятся с использованием программного пакета CLIW (Communication with Light In Water). Показано, что теоретическая модель, заложенная в программный пакет CLIW, позволяет удовлетворительно описывать характеристики амплитудномодулированного сигнала и оценивать параметры канала связи в морской воде на достаточно больших оптических расстояниях от источника. Отмечается, что для таких сопоставлений необходимо знать индикатрису рассеяния в достаточно широком диапазоне углов. Впервые экспериментально подтвержден эффект, теоретически предсказанный в 1971 г. и заключающийся в том, что глубинный режим для переменной составляющей сигнала может иметь место лишь для некоторой области частот модуляции. При этом максимум углового распределения яркости для переменной составляющей сигнала имеет место не в направлении «вперед», а при некотором угле наблюдения q > 0°. Положение этого максимума зависит от характеристик среды и частоты модуляции.

1. Зеге Э. П., Иванов А. П., Кацев И. Л. Перенос изображения в рассеивающей среде. Мн.: Наука и техника, 1985. 327 с.

2. Zege E. P., Ivanov A. P., Katsev I. L. Image Transfer through a Scattering Medium. Heidelberg: Springer-Verlag, 1991. 391 p.

3. Zege E. P., Katsev I. L., Polonsky I. N. Multicomponent approach to light propagation in clouds and mists // Appl. Optics. 1993.V. 32. P. 2803–2812.

4. Кацев И. Л. Об интегральных характеристиках при нестационарном рассеянии света // Доклады АН БССР. 1969. Т. 13, № 2. С. 118–121.

5. Гордеев Л. Б., Лучинин А. Г., Щегольков Ю. Б. Экспериментальные исследования структуры узкого синусоидально модулированного пучка света в модельной анизотропно рассеивающей среде // Изв. АН СССР, сер. Физика атмосферы и океана. 1975. Т. 11, № 1.С. 86–90.

6. Cochenour B. Experimental Measurements of Temporal Dispersion for Underwater Laser Communications and Imaging. A dissertation for the Degree of Doctor of Philosophy. Raleigh, North Carolina, 2013.

7. Mullen L., Alley D., Cochenour B. Investigation of the effect of scattering agent and scattering albedo on modulated light propagation in water // Appl. Optics. 2011. V. 50, N 10. P. 1396–1404.

8. Mullen L., Laux A., Cochenour B. Time-dependent underwater opitcal propagation measurements using modulated light fields // Proc. SPIE: Ocean Sensing and Monitoring. 2009. P. 73170D1–73170D8.

9. Mullen L., Laux A., Cochenour B. Propagation of modulated light in water: implications for imaging and communications systems // Appl. Optics. 2009. V. 48, N 14. P. 2607–2612.

10. Mullen L. et al. Optical modulation technqiues for underwater detection, ranging, and imaging // Proc. SPIE: Ocean Sensing and Monitoring III. 2011. P. 1–9.

11. Gloge D., Chinnock E. L., Ring D. H. Direct measurement of the (Baseband) frequency response of multimode fibers // Appl. Optics. 1972. V. 11, N 7. P. 1534–1538.

12. Helkey R. J. et al. Millimeterwave signal generation using semiconductor diode lasers // Microwave and Optical Technology Letters. 1993. V. 6, N 1. P. 1–5.

13. Шифрин К. С. Рассеяние света в мутной среде. М.-Л.: Гостехиздат, 1951. 288 с.

14. Zege E. P. et. al. Simple model of the optical characteristics of bubbles and sediments in seawater of the surf zone // Appl. Optics. 2006. V. 45. P. 6577–6585.

15. Jerlov N. G. Marine Optics. New York: Elsevier, 1976.

16. Лучинин А. Г., Савельев В. А. Асимптотика синусоидально модулированного поля излучения в изотропно рассеивающей среде // Изв. вузов, Радиофизика. 1970. Т. 13, № 12. С. 1789–1793.

17. Кацев И. Л. О глубинном режиме при распространении в мутной среде синусоидально модулированного пучка света // Изв. АН СССР, сер. Физика атмосферы и океана. 1971. Т. 7, № 2. С. 212–218.