Том 38, номер 03, статья № 1

Аннотация:

При освоении полезных ископаемых мирового океана появляется необходимость использования высокоскоростных каналов связи между двумя подводными объектами. Оптическое излучение обеспечивает наибольшую скорость передачи. Однако мутность природных водных систем изменяется в широком диапазоне, поэтому актуальными являются исследования влияния различных компонентов водной взвеси на условия передачи лазерных импульсов. Приведены результаты моделирования распространения оптических импульсов на длине волны 0,514 мкм длительностью 2 нс в воде, содержащей только кластеры нанопузырьков. Показано, что максимальный поток рассеянного на кластерах нанопузырьков излучения на входе в приемник не превышает 10% от потока излучения, прошедшего без рассеяния трассу длиной до 150 м. Расширение лазерного импульса на полувысоте не превышает 30%. Ограничение длины трассы, содержащей лишь кластеры нанопузырьков, обусловлено ослаблением. Результаты работы могут быть полезны для прогноза глубины проникновения солнечной радиации в водоемы при проведении водолазных работ или анализе изображений объектов под водой, а также разработке и эксплуатации аппаратуры подводных открытых оптических линий телекоммуникаций.

Ключевые слова:

подводная оптическая связь, лазерный импульс, дисперсия, рассеяние, ослабление, взвесь, кластеры нанопузырьков

Список литературы:

1. Бункин Н.Ф., Бункин Ф.В. Бабстонная структура воды и водных растворов электролитов // Успехи физ. наук. 2016. Т. 186, № 9. С. 933–952. DOI: 10.3367/UFNr.2016.05.037796.
2. Koshoridze S.I., Levin Yu.K. Conditions of nucleation and stability of bulk nanobubbles // Rus. Phys. J. 2022. V. 65, N 1. DOI: 10.1007/s11182-022-02611-7.
3. Zhu S., Chen X., Liu X., Zhang G., Tian P. Recent progress in and perspectives of underwater wireless optical communication // Prog. Quantum Electron. 2020. V. 73. DOI: 10.1016/j.pquantelec.2020.100274.
4. Schirripa Spagnolo G., Cozzella L., Leccese F. Underwater optical wireless communications: Overview // Sensors. 2020. V. 20. 2261. DOI: 10.3390/s20082261.
5. Шифрин К.С. Введение в оптику океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 280 с.
6. Stramski D., Boss E., Bogucki D., Voss K.J. The role of seawater constituents in light backscattering in the ocean // Prog. Oceanogr. 2004. V. 61. P. 27–56. DOI: 10.1016/j.pocean.2004.07.001.
7. Sugano K., Miyoshi Y., Inazato S. Study of ultrafine bubble stabilization by organic material adhesion // Japanese J. Multiphase Flow. 2017. V. 31, N 3. P. 299–306.
8. Коханенко Г.П., Крекова М.М., Пеннер И.Э., Шаманаев В.С. Обнаружение неоднородностей гидрозоля поляризационным лидаром // Оптика атмосф. и океана. 2004. Т. 17, № 9. С. 750–758.
9. Evgenieva Ts., Grigorov V., Anguelov V., Gurdev L. Estimation of the double-scattering component of the lidar return from multi-component atmosphere // J. Phys.: Conf. Ser. 2021. V. 1859. P. 012029. DOI: 10.1088/1742-6596/1859/1/012029.
10. Костылев Н.М., Колючкин В.Я., Степанов Р.О. Математическая модель распространения лазерного излучения в морской воде // Опт. и спектроскоп. 2019. Т. 127, вып. 4. С. 558–562.
11. Cox W.C., Jr. Simulation, Modeling, and Design of Underwater Optical Communication Systems. North Carolina: North Carolina State University, 2012. 262 p.
12. Myshkin V.F., Khan V.A., Turin S.V., Poberejhnikov A.D., Balandin S.F., Sosnovskiy S.A., Abramova E.S. Propagation of optical pulses in natural waters // Proc. SPIE. N 1234411E. 2022. DOI: 10.1117/12.2644982.
13. Ovchinnikov Овчинников В.А., Яковлев А.Н., Ципилев В.П. Моделирование распространения излучения в рассеивающих средах различной толщины // Изв. вузов. Физика. 2012. Т.55. №11/3. С.162-164.
14. Бункин Н.Ф., Шкирин А.В. Исследование бабстонно-кластерной структуры воды и водных растворов электролитов методами лазерной диагностики // Тр. ин-та общей физики им. А.М. Прохорова РАН. 2013. Т. 69. С. 2–57.