Difrakční jevy ve vysílaném optickém svazku

Abstract

Dizertačná práca pojednáva o vlnových a elektromagnetických javoch, ku ktorým dochádza pri zatienení eliptického Gausovského zväzku kruhovou apretúrou. Najprv boli z Huygensovho-Fresnelovho princípu odvodené dva modely Fresnelovej difrakcie. Tieto modely poskytli nástroj pre zavedenie kontrastu difrakčného obrazca ako veličiny, ktorá kvantifikuje vplyv difrakčných javov na prevádzkové parametre optického spoja. Následne, pomocou nástrojov elektromagnetickej teórie svetla, boli odvodené štyri výrazy (dva presné a dva aproximatívne) popisujúce geometrický útlm optického spoja. Zároveň boli skúmané tri rôzne prípady odsmerovania zväzku - priečne posunutie a uhlové odsmerovanie vysielača, resp. prijímača. Bol odvodený výraz, ktorý tieto prípady kvantifikuje ako útlm elipticky symetrického Gausovského zväzku. Všetky vyššie uvedené modely boli overené v laboratórnych podmienkach, aby sa vylúčil vplyv iných javov. Nakoniec práca pojednáva o návrhu plne fotonického optického terminálu. Najprv bol ukázaný návrh optického vysielača nasledovaný vývojom optomechanickej sústavy prijímača. Pomocou nástrojov geometrickej a maticovej optiky boli vypočítané parametre spoja a odhad tolerancie pri zamierení spoja.The thesis was set out to investigate on the wave and electromagnetic effects occurring during the restriction of an elliptical Gaussian beam by a circular aperture. First, from the Huygens-Fresnel principle, two models of the Fresnel diffraction were derived. These models provided means for defining contrast of the diffraction pattern that can be used to quantitatively assess the influence of the diffraction effects on the optical link performance. Second, by means of the electromagnetic optics theory, four expressions (two exact and two approximate) of the geometrical attenuation were derived. The study shows also the misalignment analysis for three cases -- lateral displacement and angular misalignment of the transmitter and the receiver, respectively. The expression for the misalignment attenuation of the elliptical Gaussian beam in FSO links was also derived. All the aforementioned models were also experimentally proven in laboratory conditions in order to eliminate other influences. Finally, the thesis discussed and demonstrated the design of the all-optical transceiver. First, the design of the optical transmitter was shown followed by the development of the receiver optomechanical assembly. By means of the geometric and the matrix optics, relevant receiver parameters were calculated and alignment tolerances were estimated.