Laguerre Gauss ışınlarının optik haberleşme sistemlerinde kullanımı
Usage of Laguerre Gaussian beams in optical communication systems
Yazar: İBRAHİM YAZICI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÇAĞLAR DUMAN
Erzurum Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektrik alanları = Electric fields ; Manyetik alanlar = Magnetic fields ; Optik iletişim = Optical communication ; Optik iletişim sistemleri = Optical communication systems ; Optik yansıma = Optical reflection ; Optoelektronik sistemler = Optoelectronic systems

Özet:
İnternetin gelişimi telekomünikasyonda veri kapasitesi talebini önemli ölçüde artırmıştır. 1x1014 Hz'de çalışan tipik bir optik kaynak tarafından aydınlatılan bir optik fiber teorik olarak 50x109 eşzamanlı telefon görüşmelerini destekleyebilir. Bu nedenle, tek bir fiber optik kablo, gezegendeki herkes için potansiyel olarak eşzamanlı sesli görüşmeleri destekler. Bununla birlikte, optik fiberin tam potansiyeline henüz ulaşmamıştır. Fiber optik veri taşıma kapasitesi, yeni lazer kaynakları, yeni malzemeler ve geliştirilmiş çoğullama ve kodlama metotları ile artırılabilir. Fiber optik iletişim, tek bir optik fiber dizisi üzerinde daha fazla bilgi paketlemek için zaman bölmeli çoğullama ve dalga boyu bölmeli çoğullama gibi gelişmiş çoğullama tekniklerini kullanmaktadır. Diğer bir çoğullama yaklaşımı, her biri benzersiz bir uzaysal desenle tanımlanan çoklu ışınların aynı anda çoğullanması ve iletilmesi şeklinde uzay bölme çoğullamadır. uzay bölmeli çoğullamanın bir alt kümesi, her ışının benzersiz bir uzaysal modda iletildiği mod bölmeli çoğullamadır. Bu çoğullama metodunun uygulanabilmesi için her mod, diğer tüm modlara ortogonal olmalı, az miktarda karışma ile verimli çoğullama ve çoğullama çözmeyi mümkün kılmalıdır. Mod bölmeli çoğullama elde etmek için bir yaklaşım, yörünge açısal momentumu taşıyan ortogonal yapılandırılmış ışın kümesinin kullanılmasıdır. Yörüngesel açısal momentuma sahip ışınlardan Laguerre Gauss ışınlar, modlarının ortogonalliğinden dolayı yüksek kapasite veri iletişiminde kullanılabilir. Bu çalışma kapsamında Laguerre Gauss ışınların farklı modlarının paternleri elde edilmiş, zamanda sonlu farklar metodu (Finite Difference Time Domain-FDTD) kullanılarak serbest uzayda yayılımları incelenmiş ve çoğullama ve çoğullama çözme amacı ile kullanımlarına dair bir simülasyon gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
An optical fiber illuminated by a typical optical source operating at 1x1014 Hz could theoretically support 50x109 simultaneous phone calls. Therefore, a single fiber optic cable potentially supports simultaneous voice calls for everyone on the planet. However, technological developments such as the development of the internet have significantly increased the demand for data capacity in telecommunications. Optical communication has not yet reached its full potential. For example, capacity of fiber optical communication systems can be increased with new laser sources, new materials, and improved multiplexing and coding methods. Fiber optic communication already uses advanced multiplexing techniques such as time division multiplexing and wavelength division multiplexing. Another multiplexing approach is space division multiplexing, in which multiple beams each defined by a unique spatial pattern are simultaneously multiplexed and transmitted. A subset of space division multiplexing is mode division multiplexing. For this multiplexing method to be applicable, each mode must be orthogonal to all other modes, enabling efficient multiplexing and demultiplexing with little crosstalk. One approach to achieve mode division multiplexing is to use an orthogonally structured beamset carrying orbital angular momentum. Laguerre Gauss beams, which have orbital angular momentum, can be used in high-capacity data communication due to the orthogonality of their modes. Within the scope of this study, patterns of different modes of Laguerre Gauss rays were obtained, their propagation in free space was investigated using the Finite Difference Time Domain (FDTD) method, and a multiplexing and demultiplexing simulation was performed.