С бързото развитие на търговските аерокосмически технологии, търсенето на комуникационни системи между отделенията в търговските космически кораби нараства с всеки изминал ден. Този документ предлага лазерна комуникационна система за близък-обхват с интегриран дизайн за ефективна комуникация и анти-трептене, която е специално насочена към комуникацията между отделенията в комерсиалното космическо пространство. Тази система е изправена пред предизвикателства като деформация на оптичен елемент и намалена стабилност на оптичния път при високо-честотни много-степени-на-свобода и условия на високо-честотни вибрации. Чрез приемането на уникален дизайн на оптичния път, голям ъгъл на отклонение и адаптивни алгоритми, той ефективно потиска въздействието на вибрациите върху оптичната система. Експерименталните резултати показват, че когато отместването на ъгъла на вибрация е в рамките на ±20 градуса, страничното изместване е по-малко от 200 mm, а надлъжното изместване е по-малко от 10 mm, качеството на светлинното петно и производителността на комуникацията отговарят на изискванията на дизайна. Изследванията в тази статия осигуряват теоретична основа и техническа подкрепа за проектирането и внедряването на лазерни комуникационни системи между отделенията в комерсиалното космическо пространство при високо-честотни среди с много-степени-на-свобода, свързани с вибрации, и е от голямо значение за подобряване на надеждността на комуникацията на космически кораби в екстремни среди.
Проектирайте лазерна комуникационна система с близък{0}}обхват, подходяща за вибрационни среди с множество-степени-на-свобода, целяща да разреши проблема с недостатъчната стабилност на традиционните механични интерфейси в екстремни среди. Тази система постига високонадеждна комуникация при сложни условия като силни вибрации чрез иновативен оптичен дизайн и избор на материал. По-конкретно, лазерната комуникация между отделенията ефективно облекчава въздействието на свързаната с много-степени--свобода вибрация върху качеството на комуникацията чрез увеличаване на ъгъла на отклонение на лъча. Освен това системата въвежда адаптивен механизъм за оптично регулиране, който може-в реално време да компенсира отклоненията на оптичния път, причинени от вибрации и температурни промени, като допълнително повишава стабилността на комуникацията.
По отношение на оптичния дизайн, тази статия оптимизира оптичния път на лазерната комуникационна система, базирана на софтуера за оптична симулация Zemax. Чрез симулационен анализ оптималният диапазон на ъгъла на отклонение на лъча се определя като 0,5 градуса до 1,5 градуса, като се гарантира комуникационно разстояние, като същевременно се минимизира въздействието на свързаните вибрации върху оптичния път. Резултатите от симулацията показват, че когато ъгълът на дивергенция на лъча е 2,0 градуса, системата все още може да отговори на комуникационните изисквания в екстремна среда с 200 mm комуникационно разстояние, а диаметърът на светлинното петно се контролира в рамките на 2 mm, отговаряйки на изискванията за фотооткриване на приемащия край. Освен това, симулацията също така проверява законите за промяна на стабилността на оптичния път и приемащата мощност при различни ъгли на отклонение (0 градуса до 5 градуса) и вертикални отмествания (0 mm до 10 mm). Резултатите от симулацията показват, че когато отместването на ъгъла е 2 градуса, централното отместване на светлинното петно е по-малко от 0,5 mm и мощността на приемане пада само с приблизително 1,2 dB, което показва, че системата има силна анти{16}}способност за отместване.
Експерименталната проверка показва, че при екстремни условия, когато разстоянието между приемащия и предавателния край надвишава 200 mm, приемащата мощност все още може да остане на -8,88dBm. Освен това, когато отместването на ъгъла достигне 20 градуса, дори когато комуникационното разстояние надвишава 200 mm, приемащата мощност в приемащия край все още може да поддържа -10,61 dBm. По-важното е, че когато комуникационното разстояние, ъгълът на отклонение и вертикалното изместване достигнат крайните си позиции, приемащата мощност в приемащия край все още може да остане над -10,84dBm в рамките на 5 минути и да се постигне комуникация без грешки, отговаряйки напълно на проектните изисквания. Тази производителност се дължи на цялостната оптимизация на оптичния дизайн, избора на материал и технологията за термичен контрол на системата.
В заключение, проектирането на лазерна комуникационна система с близък-обхват за среди с много-степени-на-свобода, свързани с вибрации, не само демонстрира отлична оптична производителност, но също така постига високонадеждна комуникация в екстремни среди. Този дизайн предоставя важна техническа поддръжка и референтна стойност за приложения за лазерна комуникация в космическото пространство, дълбоководните -проучвания и ядрените индустрии в бъдеще.