Том 39, номер 03, статья № 2

Аннотация:

Освоение шельфа мирового океана – сложная задача, требующая разнообразных средств для обеспечения подводных коммуникаций. Приведены результаты моделирования зависимости формы электрических импульсов фотоприемника от длительности наносекундных оптических импульсов, распространяющихся через слой воды, содержащей кластеры нанопузырьков. Учитывалось рассеяние в области, находящейся за излучателем, для трасс разной длины. Расчет проводили в рамках геометрической модели. Факторы рассеяния кластеров оценивали с использованием теории Ми для субмикронных частиц с показателем преломления ниже, чем у воды. Установлено, что уширение импульса длительностью 1 нс, обусловленное рассеянием только на бабстонах, в том числе в области за излучателем, не превышает 0,1 нс на дистанции 20 м. Показано, что в чистой воде кластеры нанопузырьков ограничивают длину подводных линий оптической беспроводной связи за счет ослабления излучения. Результаты исследований могут быть использованы при разработке устройств для подводной беспроводной оптической связи.

Ключевые слова:

подводная связь, кластер нанопузырьков, рассеяние, время распространения, ослабление, дисперсия

Список литературы:

1. Cochenour B., Mullen L., Laux A., Curran T. Effects of multiple scattering on the implementation of an underwater wireless optical communications link // Oceans. 2006. P. 1–6. DOI: 10.1109/OCEANS.2006.306863.
2. Sun X., Kang C.H., Kong M., Alkhazragi O., Guo Y., Ouhssain M., Ooi B.S. A review on practical considerations and solutions in underwater wireless optical communication // J. Lightwave Technol. 2020. V. 38, N 2. P. 421–431. DOI: 10.1109/JLT.2019.2960131.
3. Mohsan S.A.H., Hasan Md.M., Mazinani A., Sadiq M.A., Akhtar M.H., Islam A., Rokia L.S. A systematic review on practical considerations, recent advances and research challenges in underwater optical wireless communication // Int. J. Adv. Comput. Sci. Appl. 2020. V. 11, N 7. DOI: 10.14569/IJACSA.2020.0110722.
4. Kaushal H., Kaddoum G. Underwater optical wireless communication // IEEE Access. 2016. V. 4. P. 1518–1547. DOI: 10.1109/ACCESS.2016.2552538.
5. Agarwal K., Trivedi M., Nirmalkar N. Bulk nanobubbles in aqueous salt solution // Materials Today: Proc. 2002. V. 57. P. 1789–1792. DOI: 10.1016/j.matpr.2021.12.477.
6. Бункин Н.Ф., Шкирин А.В., Бабенко В.А., Сычев А.А., Ломкова А.К., Юрченко С.О., Крючков Н.П., Козлов В.А., Молчанов И.И., Минь Туан Ву, Башкин С.В., Алиев И.Н. Ионно-специфические и температурные эффекты при стабилизации бабстонной фазы в объеме водных растворов электролитов // Тр. Ин-та общей физики им. А.М. Прохорова. 2017. Т. 73. С. 51–74.
7. 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. 2013. Т. 69. С. 3–57.
8. Jin J., Feng Z., Yang F., Gu N. Bulk Nanobubbles fabricated by repeatedly compression of microbubbles // Langmuir. 2019. V. 35. P. 4238–4245. DOI: 10.1021/acs.langmuir.8b04314.
9. Коваленко В.Ф., Шутов С.В., Бордюк А.Ю. Влияние ионов и растворенного газа на рассеяние лазерного излучения водой // Оптика атмосф. и океана. 2010. Т. 23, № 2. С. 92–96; Kovalenko V.F., Shutov S.V., Bordyuk A.Yu. The influence of ions and dissolved gases on laser radiation scattering by water // Atmos. Ocean. Opt. 2010. V. 23, N 4. P. 247–251.
10. Jaruwatanadilok S. Underwater wireless optical communication channel modeling and performance evaluation using vector radiative transfer theory // IEEE J. Select. Areas Commun. 2008. V. 26, N 9. P. 1620–1627. DOI: 10.1109/jsac.2008.081202.
11. Boluda-Ruiz R., Rico-Pinazo P., Castillo-Vázquez B., García-Zambrana A., Qaraqe K. Impulse response modeling of underwater optical scattering channels for wireless communication // IEEE Photon. J. 2020. V. 12, N 4. P. 1–14. DOI: 10.1109/JPHOT.2020.3012302.
12. Singh M., Singh M.L., Singh G., Gill H.S. Statistical channel model for underwater wireless optical communication system under a wide range of air bubble populations // Opt. Engin. 2021. V. 60, N 3. P. 036111. DOI: 10.1117/1.OE.60.3.036111.
13. Sahu S.K., Shanmugam P. A theoretical study on impact of particle scattering on the channel characteristics of underwater optical communication system // Opt. Commun. 2018. V. 408. P. 3–14. DOI: 10.1016/j.optcom.2017.06.030.
14. Ali M.F., Jayakody D.N.K., Li Y. Recent trends in Underwater Visible Light Communication (UVLC) systems // IEEE Access. 2022. V. 10. P. 22169–22225. DOI: 10.1109/ACCESS.2022.3150093.
15. Shlomi Arnon, Kedar D. Non-line-of-sight underwater optical wireless communication network // J. Opt. Soc. Am. A. 2009. V. 26, N 3. P. 530–539. DOI: 10.1364/josaa.26.000530.
16. Kong M.W., Yuan H.X., Wang M.Q., Pan Y.-Y., Zhou H., Yang Q.-H. Research progress of non-line-of-sight underwater wireless optical communication technology // Stud. Opt. Commun. 2023. V. 4. P. 7–10. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2023.04.002.
17. Son H.-J., Kang J.-I., Nhat T.Q.M., Kim S.K., Choi H.-S. Study on underwater optical communication system for video transmission // J. Ocean Engin. Technol. 2018. V. 32, N 2. P. 143–150. DOI: 10.26748/KSOE.2018.4. 32.2.143.
18. Мышкин В.Ф., Хан В.А., Баландин С.Ф., Ван Цайлунь, Сосновский С.А. Влияние кластеров нанопузырьков воздуха на распространение оптических импульсов в воде // Оптика атмосф. и океана. 2025. Т. 38, № 3. С. 165–171. DOI: 10.15372/AOO20250301; Myshkin V.F., Khan V.A., Balandin S.F., Wang C., Sosnovsky S.A. Effect of air nanobubble clusters on optical pulse propagation in water // Atmos. Ocean. Opt. 2025. V. 38, N 4. P. 379–385.
19. Suleman M. Ali Shaban, Fathi Mohmed Omer Amer, Giuma Saleh Isa Abudagel. Line-of-sight underwater wireless communication system // Sci. Res. J. 2020. V. 8, N 7. P. 12–30. DOI: 10.31364/SCIRJ/v8.i7.2020.P0720XX.
20. Zhang X., Stavn R.H., Falster A.U., Rick J.J., Gray D., Gould R.W.Jr. Size distributions of coastal ocean suspended particulate inorganic matter: Amorphous silica and clay minerals and their dynamics // Estuarine, Coastal Shelf Sci. 2017. V. 189. P. 243–251. DOI: 10.1016/j.ecss.2017.03.025.
21. Etchepare R., Oliveira H., Nicknig M., Azevedo A., Rubio J. Nanobubbles: Generation using a multiphase pump, properties and features in flotation // Minerals Engin. 2017. V. 112. P. 19–26. DOI: 10.1016/j.mineng.2017.06.020.
22. Oh S.H., Kim J.-M. Generation and stability of bulk nanobubbles // Langmuir. 2017. V. 33, N 15. P. 3818–3823. DOI: 10.1021/acs.langmuir.7b00510.