Işık kaynaklarının serbest uzay optik haberleşme sistemlerine etkisi
Beams effects on free space optical communication systems
Yazar: SERAP ALTAY
Danışman: YRD. DOÇ. DR. K. CEM NAKİBOĞLU
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Gürültü = Noise ; Optik iletişim sistemleri = Optical communication systems

Özet:
Bu çalısmada ısık hüzmelerinin türbülanslı atmosfer altında yayılımı genel ısıkhüzmesi formülasyonu kullanılarak incelenmistir. ncelenen ısık hüzmeleri;Gauss, cos-Gauss, cosh-Gauss ve halkasal hüzmelerin sıfır dereceli ve yüksekdereceli durumlarıdır. Bu çalısmada öncelikle yüksek dereceli halkasal Gausshüzmesinin ısık siddeti kaynak düzleminde ve türbülanslı atmosferden geçtiktensonra alıcı düzleminde incelenmistir. Türbülanslı atmosferdeki yayılım, yüksekdereceli halkasal Gauss ısıma alanını içeren gelistirilmis-Huygens Frenselprensibi kullanılarak formüle edilmis ve bu tür hüzmelerin alıcı düzlemindeolusturdukları ortalama ısık siddeti analitik olarak hesaplanmıstır. Yüksekdereceli halkasal Gauss kaynagından çıkan ısık alanının türbülanslı atmosferdebelli bir yayılım mesafesi katettikten sonra olusturdugu ortalama ısık siddeti,yayılım eksenine dik olan düzlemin merkezi çevresinde yogunlasmaktadır.Ortalama ısık siddeti, türbülanslı atmosferde belirli bir yayılım uzunlugundansonra tamamen Gauss egrisine dönüsmektedir. Yine bu çalısmada, Atmosferiktürbülanstan dolayı ısıgın siddetindeki sapmalar (sintilasyon) genel ısık hüzmesiformülü kullanılarak sıfır dereceli ve yüksek dereceli ısık hüzmeleri için analitikolarak hesaplanmıstır. Bu ısık hüzmeleri için sintilasyon indeks yayılım uzaklıgı,kaynak boyutu ve ısık hüzmesinin derecesine göre çizdirilmistir. Grafikselsonuçlardan, belirli kaynak boyutlarında, yüksek dereceli ısık hüzmelerininsintilasyon indeksinin, sıfır dereceli ısık hüzmelerinin sintilasyon indeksine göredaha düsük oldugu görülmüstür. Yüksek dereceli ısık hüzmelerinin çiftdereceleri için, derece artmasına ragmen sintilasyon indeksin çok az degistigigözlemlenmistir. Bu çalısmada ısık hüzmelerinin serbest uzay optik iletisimsistemleri üzerine etkisini incelemek için sintilasyon indeksten kaynaklanan bithata-olasılıgı (BER), sinyal-gürültü-oranı (SNR) degisimine göre genel ısıkhüzmesi için hesaplanmıstır. Küçük kaynak boyutu ve uzun yayılımmesafelerinde en düsük BER degerine halkasal Gauss hüzmesi sahip olmustur.Kısa yayılım mesafesi ve büyük kaynak boyutunda cos-Gauss hüzme en düsükBER'e sahiptir. Alınan grafiklerden, kaynak boyutu artaması ile tüm hüzmeleriçin BER degerinin arttıgı görülmüstür. Sistem dalga boyuna göreincelendiginde düsük dalga boylarında BER'in arttıgı görülmüstür.

Abstract:
In this study, the propagation of beams through weak atmosphericturbulence is investigated using the generalized beam formulation. Theinvestigated general beam types are Gaussian, cos-Gaussian, cosh-Gaussianand annular beams for zero order and higher order states. In this study,primarily the propagation characteristics of higher-order annular Gaussian(HOAG) beams in turbulence are investigated. The average intensity of thereceiver plane is developed analytically from a HOAG source planeexcitation. The graphical outputs indicate that upon traveling in turbulentatmosphere, the HOAG beam will undergo different stages of evolution. Atintermediate propagation distance, it will attempt to concentrate the energynear the origin. Eventually, HOAG originated beam will become a pureGaussian beam after propagating an excessive distance in the turbulentmedium. In this study, the scintillation indexes of higher order and zeroorder general beams, which propagate through the weak atmosphericturbulence, are evaluated using the generalized beam formulation. Thescintillation indexes of these beams are investigated with respect topropagation length, source size and order of the beam. According to ourgraphical outputs, higher order beams have less on-axis scintillation indexthan low order beams at longer propagation distance. The on-axisscintillation value has a little increase when the degrees of even degreedbeams are increased. In this study, in order to analyze the effect of beamover free space optical communication systems, bit error rates (BER) foreach signal-to-noise ratio (SNR) are calculated for general beams. Thesmallest BER value is obtained from annular Gaussian beam in small sourcesize and long propagation distance. On the other hand, the smallest BER isobtained from cos-Gaussian beam in large source size and small propagationdistance. From the graphs we plotted, it is observed that for all the beamsBER value increases by increasing the size of source. When the system isanalyzed regarding wavelengths, it is observed that BER values increase forsmaller wavelengths.