S rychlým rozvojem komerční letecké technologie se poptávka po komunikačních systémech mezi odděleními v komerčních kosmických lodích každým dnem zvyšuje. Tento článek navrhuje laserový komunikační systém blízkého dosahu s integrovaným designem účinné komunikace a anti-jitteru, který je specificky zaměřen na komunikaci mezi odděleními v komerčním letectví. Tento systém čelí problémům, jako je deformace optického prvku a snížená stabilita optické dráhy v podmínkách vysokofrekvenčních více{5}}stupňů-volnosti-a vysokofrekvenčních-vibrací. Přijetím jedinečného designu optické dráhy, velkého úhlu divergence a adaptivních algoritmů účinně potlačuje dopad vibrací na optický systém. Experimentální výsledky ukazují, že když je odchylka úhlu vibrací v rozmezí ±20 stupňů, boční posunutí je menší než 200 mm a podélné posunutí je menší než 10 mm, kvalita světelného bodu a komunikační výkon splňují všechny požadavky na design. Výzkum v tomto článku poskytuje teoretický základ a technickou podporu pro návrh a implementaci laserových komunikačních systémů mezi oddíly v komerčním letectví a kosmonautice v prostředí s vibracemi spojenými s vysokou-více{16}}stupněm-volnosti a má velký význam pro zlepšení spolehlivosti komunikace kosmických lodí v extrémních prostředích.
Navrhněte-laserový komunikační systém blízkého dosahu vhodný pro vibrační prostředí s více-stupněmi{2}}-volnosti, jehož cílem je vyřešit problém nedostatečné stability tradičních mechanických rozhraní v extrémních prostředích. Tento systém dosahuje vysoké spolehlivosti komunikace ve složitých podmínkách, jako jsou silné vibrace, prostřednictvím inovativního optického designu a výběru materiálu. Konkrétně laserová komunikace mezi oddíly účinně zmírňuje dopad vibrací spojených s více-stupněmi{7}}-volnosti na kvalitu komunikace zvýšením úhlu divergence paprsku. Systém navíc zavádí adaptivní mechanismus úpravy optiky, který dokáže v reálném{10}}čase kompenzovat odchylky optické dráhy způsobené vibracemi a teplotními změnami, čímž dále zvyšuje stabilitu komunikace.
Z hlediska optického návrhu tento článek optimalizuje optickou dráhu laserového komunikačního systému založeného na optickém simulačním softwaru Zemax. Prostřednictvím simulační analýzy je optimální rozsah úhlu divergence paprsku určen na 0,5 stupně až 1,5 stupně, což zajišťuje komunikační vzdálenost a zároveň minimalizuje dopad spojených vibrací na optickou cestu. Výsledky simulace ukazují, že když je úhel divergence paprsku 2,0 stupně, systém může stále splňovat požadavky na komunikaci v extrémním prostředí s komunikační vzdáleností 200 mm a průměr světelného bodu je řízen do 2 mm, což splňuje požadavky na fotodetekci přijímacího konce. Navíc simulace také ověřuje variační zákony stability optické dráhy a přijímacího výkonu při různých úhlech vychýlení (0 stupňů až 5 stupňů) a vertikálních posunech (0 mm až 10 mm). Výsledky simulace ukazují, že když je úhlový posun 2 stupně, středový posun světelného bodu je menší než 0,5 mm a přijímací výkon poklesne pouze o přibližně 1,2 dB, což znamená, že systém má silnou antiofsetovou schopnost.
Experimentální ověření ukazuje, že v extrémních podmínkách, kdy vzdálenost mezi přijímacím a vysílacím koncem přesahuje 200 mm, může přijímací výkon stále zůstat na -8,88 dBm. Navíc, když úhlový posun dosáhne 20 stupňů, i když komunikační vzdálenost přesáhne 200 mm, přijímací výkon na přijímacím konci může stále udržovat -10,61 dBm. Ještě důležitější je, že když komunikační vzdálenost, úhel vychýlení a vertikální offset dosáhnou svých krajních poloh, může přijímací výkon na přijímací straně zůstat nad -10,84 dBm během 5 minut a dosáhnout bezchybné komunikace, plně splňující požadavky návrhu. Tento výkon je připisován komplexní optimalizaci optického designu, výběru materiálu a technologie tepelného řízení systému.
Závěrem lze říci, že návrh laserového komunikačního systému blízkého dosahu pro prostředí s vibracemi s více-stupněm{2}}-volnosti nejen prokazuje vynikající optický výkon, ale také dosahuje vysoké spolehlivosti komunikace v extrémních prostředích. Tento design poskytuje důležitou technickou podporu a referenční hodnotu pro aplikace laserové komunikace v budoucnosti v letectví,-hlubinném průzkumu a jaderném průmyslu.