Организация устройства приема и передачи информации по оптическому каналу при помощи использования лазерного излучения малой мощности | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 18 декабря, печатный экземпляр отправим 22 декабря.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Физика

Опубликовано в Молодой учёный №30 (320) июль 2020 г.

Дата публикации: 27.07.2020

Статья просмотрена: 174 раза

Библиографическое описание:

Березина, А. А. Организация устройства приема и передачи информации по оптическому каналу при помощи использования лазерного излучения малой мощности / А. А. Березина. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 30 (320). — С. 20-22. — URL: https://moluch.ru/archive/320/72819/ (дата обращения: 07.12.2021).



В настоящей статье освещены вопросы реализации программной и аппаратной части простого устройства передачи информации по открытому оптическому каналу посредством использования направленного лазерного луча.

Ключевые слова: передача информации, лазерное излучение, программный алгоритм, широтно-импульсная модуляция, устройство приема, фотодиод.

При наличии требований об отсутствии проложения множества информационных проводников между сообщающимися элементами какой-либо технической системы, или в условиях, где избыточные проводные соединения способны оказывать негативное воздействие на работу устройства приемо-передающего тракта, применение метода организации беспроводной передачи информации может являться эффективным решением.

Беспроводная передача информации может быть организована различными способами, из которых наибольшее применение нашли передачи форматов Bluetooth и Wi-Fi, основным недостатком которых могут являться невысокие помехоустойчивость и степень защищенности информационного канала [1]. Также, множество устройств работают на радиочастотах, используемых для этих технологий, что приводит к снижению скорости передачи информации. Эти недостатки исключает способ применения инфракрасного канала, в свою очередь обладающего недостатком приемо-передачи на малые расстояния.

Одним из способов беспроводной передачи информации, не использующим радиодиапазон и, соответственно, исключающим недостатки описанных выше, может являться способ передачи информации по оптическому каналу при помощи использования направленного лазерного излучения.

1. Общая структура приема и передачи информации при помощи лазера

Устройство приема и передачи информации лазерным излучением включает в себя электронно-вычислительную машину (ЭВМ) оператора, лазерный луч с управляемой микроконтроллером широтно-импульсной модуляцией, устройство приема на основе фотодиодов и устройство вывода полученных данных. Общая структурная схема устройства приемо-передающего информационного тракта, организованного при помощи лазерного излучения приведена на рисунке 1.

Общая структурная схема устройства приемо-передающего информационного тракта, организованного при помощи лазерного излучения

Рис. 1. Общая структурная схема устройства приемо-передающего информационного тракта, организованного при помощи лазерного излучения

Оператор формирует массив данных, содержащий необходимую к передаче информацию, в виде двоичного кода, поступающего на логические выходы микроконтроллера с широтно-импульсной модуляцией, являющейся основой управления излучением блока модуляции. Далее, модулированный лазерный луч, интерпретируемый заданной последовательностью, приходит парциальными пакетами на поверхность фотодиодов, выводы которых подключаются к АЦП устройства приема, после чего, принятая информация поступает на устройство вывода данных. Общий схематичный вид такой передачи приведен на рисунке 2 в виде упрощенной модели.

Общий схематичный вид приемо-передачи в виде упрощенной модели

Рис. 2. Общий схематичный вид приемо-передачи в виде упрощенной модели

2. Программно-аппаратная реализация модуляции лазерного луча

Аппаратная реализация модуляции лазерного излучения обусловлена работой каскада электрической схемы силового тактирующего ключа на основе N-канального полевого транзистора, проиллюстрированного на рисунке 3.

Каскад электрический схемы силового тактирующего ключа на основе N-канального полевого транзистора

Рис. 3. Каскад электрический схемы силового тактирующего ключа на основе N-канального полевого транзистора

Напряжение питания, приходящее с выходов источника на сток N– канального транзистора, подается на вход лазерного излучателя с временными задержками, дублируемыми частотами управляющего сигнала, приходящего с микроконтроллера на затвор. Важнейшей характеристикой транзистора, в данном режиме работы, является сопротивление его открытого канала, что очень важно учитывать при выборе модели транзистора [2].

Достаточно простой алгоритм временных задержек, определяемый информацией в виде двоичного кода и представляющий из себя простой набор двух команд считывания логических нуля и единицы, может быть реализован практически в любой среде программирования микроконтроллерных устройств. В рамках написания данной статьи были использованы популярная среда разработки «Arduino IDE» и соответствующая отладочная аппаратная платформа «Arduino Uno» на базе микроконтроллера ATmega328. Листинг простого программного алгоритма, способствующего передаче информации за счет регулирования величины модуляции лазера представлен на рисунке 4.

Листинг программного алгоритма, способствующего передаче информации за счет регулирования модуляции лазера

Рис. 4. Листинг программного алгоритма, способствующего передаче информации за счет регулирования модуляции лазера

В алгоритме, листинг которого проиллюстрирован на рисунке 4, в качестве порта с ШИМ-модуляцией использовался 9 порт платы Arduino Uno, а в качестве временной задержки был выбран интервал в 250 мсек.

Заключение

Передача информации по оптическому каналу с использованием направленного лазерного излучения может являться оптимальным решением в условиях, где необходимо передавать информацию на немалые расстояния, при собственной помехозащищенности и надежности канала связи. Примером подобных условий, может являться космическое пространство, где к конструкции секторов антенны управляемой формы, помимо приема информации и корректной работы, предъявляются требования минимизировать собственную массу, что обеспечивается исключением большого количества проводов. В настоящей статье, на примере упрощенного представления, был освещен метод организации приемо-передающего тракта по оптическому каналу с использованием лазерного луча.

Литература:

  1. Беспроводные технологии [Электронный ресурс] // Wikipedia: Свободная общедоступная мультиязычная универсальная интернет — энциклопедия [сайт]. [2015]. URL: https: // ru.wikipedia.org / wiki
  2. Ключ на полевых транзисторах [Электронный ресурс] // Chipinfo.pro [сайт]. [2017] URL: https://chipinfo.pro
Основные термины (генерируются автоматически): передача информации, лазерное излучение, устройство приема, беспроводная передача информации, оптический канал, широтно-импульсная модуляция, N-канального полевой транзистор, двоичный код, направленное лазерное излучение, общая структурная схема.


Похожие статьи

Обзор приёмника и передатчика для подводной оптической связи

Акустические системы передают информацию на достаточно большие расстояния, но все же отстают по

Подводный оптический приёмник представляет собой более сложное устройство, задачей приёмника является

Структурная схема такого приёмника приведена на рисунке 2.

Лазерные системы как технологический ресурс информационной...

Лазерное дальнометрирование и его дальнейшее развитие, лазерное сканирование — способ получения информации о пространстве и его

Системы вибрационной защиты (СВЗ) — воздействуя на отражающие поверхности, делают невозможным модуляцию лазерного луча...

Оценка параметров каналов и развитие измерительных...

В настоящее время существует много информации, касающейся измерений параметров и эксплуатации каналов связи сетей общего пользования.

К основным показателям качества цифровых систем передачи и коммутации относятся параметры ошибки и готовности канала.

Некоторые особенности построения систем передачи...

Системы передачи телеметрической информации объединяют бортовую и наземную

Эти источники информации, как правило, используют общую бортовую систему сбора

На Земле с выхода телеметрической системы передачи информации сообщения поступают к разным...

Быстрый метод пространственно-векторной...

Широтно-импульсная модуляция — процесс управления мощностью, подводимой к нагрузке, путём изменения скважности импульсов, при постоянной частоте. Напряжение переменного тока зависит от двух параметров: амплитуды и частоты. Важно контролировать эти два параметра.

Применение лазеров в полупроводниковой технологии

Физические основы лазерных устройств. Фундаменты физических основ лазеров был поставлен

Лазерное излучение является высоко когерентным, монохроматическим

Лазерное излучение является высоко когерентным, монохроматическим, обладает малой...

Системы автоматического управления БПЛА | Статья в журнале...

Устройство хранения видовой информации обеспечивает накопление выбранной оператором разнообразной информации (изображения, видеоматериалы, сигнатуры излучений) до момента посадки БПЛА. Это устройство может быть съемным или стационарным.

Измерители мощности лазерного излучения | Статья в журнале...

В статье описаны методы измерения мощности лазерного излучения. Подробно рассмотрены наиболее распространённые способы существующие сегодня, принцип работы которых базируется на преобразовании энергии излучения лазера в электрический ток, а также в...

Определение физических параметров радиационных процессов...

Лазерное или рентгеновское излучение при прохождение по световоду возбуждает индуцированного излучения. Под действием радиационного излучения на основание световода (диоксид кремния SiO2) в энергетически запрещённых зонах появляется дополнительные...

Фотовольтаический эффект в диодном режиме включения...

Повышение потока информации и улучшение параметров линий передачи стало возможным благодаря развитию оптических методов передачи и приема информации и систем их питания. В области разработки энергетических установок и их элементной базы, а также в...

Похожие статьи

Обзор приёмника и передатчика для подводной оптической связи

Акустические системы передают информацию на достаточно большие расстояния, но все же отстают по

Подводный оптический приёмник представляет собой более сложное устройство, задачей приёмника является

Структурная схема такого приёмника приведена на рисунке 2.

Лазерные системы как технологический ресурс информационной...

Лазерное дальнометрирование и его дальнейшее развитие, лазерное сканирование — способ получения информации о пространстве и его

Системы вибрационной защиты (СВЗ) — воздействуя на отражающие поверхности, делают невозможным модуляцию лазерного луча...

Оценка параметров каналов и развитие измерительных...

В настоящее время существует много информации, касающейся измерений параметров и эксплуатации каналов связи сетей общего пользования.

К основным показателям качества цифровых систем передачи и коммутации относятся параметры ошибки и готовности канала.

Некоторые особенности построения систем передачи...

Системы передачи телеметрической информации объединяют бортовую и наземную

Эти источники информации, как правило, используют общую бортовую систему сбора

На Земле с выхода телеметрической системы передачи информации сообщения поступают к разным...

Быстрый метод пространственно-векторной...

Широтно-импульсная модуляция — процесс управления мощностью, подводимой к нагрузке, путём изменения скважности импульсов, при постоянной частоте. Напряжение переменного тока зависит от двух параметров: амплитуды и частоты. Важно контролировать эти два параметра.

Применение лазеров в полупроводниковой технологии

Физические основы лазерных устройств. Фундаменты физических основ лазеров был поставлен

Лазерное излучение является высоко когерентным, монохроматическим

Лазерное излучение является высоко когерентным, монохроматическим, обладает малой...

Системы автоматического управления БПЛА | Статья в журнале...

Устройство хранения видовой информации обеспечивает накопление выбранной оператором разнообразной информации (изображения, видеоматериалы, сигнатуры излучений) до момента посадки БПЛА. Это устройство может быть съемным или стационарным.

Измерители мощности лазерного излучения | Статья в журнале...

В статье описаны методы измерения мощности лазерного излучения. Подробно рассмотрены наиболее распространённые способы существующие сегодня, принцип работы которых базируется на преобразовании энергии излучения лазера в электрический ток, а также в...

Определение физических параметров радиационных процессов...

Лазерное или рентгеновское излучение при прохождение по световоду возбуждает индуцированного излучения. Под действием радиационного излучения на основание световода (диоксид кремния SiO2) в энергетически запрещённых зонах появляется дополнительные...

Фотовольтаический эффект в диодном режиме включения...

Повышение потока информации и улучшение параметров линий передачи стало возможным благодаря развитию оптических методов передачи и приема информации и систем их питания. В области разработки энергетических установок и их элементной базы, а также в...

Задать вопрос