Amb el ràpid desenvolupament de la tecnologia aeroespacial comercial, la demanda de sistemes de comunicació entre compartiments en naus espacials comercials augmenta dia a dia. Aquest article proposa un sistema de comunicació làser de prop-abast amb un disseny integrat de comunicació eficient i anti-jitter, que s'adreça específicament a la comunicació entre compartiments a l'aeroespacial comercial. Aquest sistema s'enfronta a reptes com ara la deformació de l'element òptic i la disminució de l'estabilitat del camí òptic en condicions de-multi-graus-de-llibertat i d'alta-freqüència i vibració. Mitjançant l'adopció d'un disseny de recorregut òptic únic, un gran angle de divergència i algorismes adaptatius, suprimeix eficaçment l'impacte de la vibració en el sistema òptic. Els resultats experimentals mostren que quan el desplaçament de l'angle de vibració és de ± 20 graus, el desplaçament lateral és inferior a 200 mm i el desplaçament longitudinal és inferior a 10 mm, la qualitat del punt de llum i el rendiment de la comunicació compleixen tots els requisits de disseny. La investigació d'aquest article proporciona una base teòrica i suport tècnic per al disseny i la implementació de sistemes de comunicació làser entre compartiments a l'aeroespacial comercial en entorns de vibració acoblada de-multi-freqüència-de-llibertat i és de gran importància per millorar la fiabilitat de la comunicació de les naus espacials en entorns extrems.
Dissenyeu un sistema de comunicació làser de -abast proper i adequat per a entorns de vibració acoblats de diversos-graus-de-llibertat, amb l'objectiu de resoldre el problema de la insuficient estabilitat de les interfícies mecàniques tradicionals en entorns extrems. Aquest sistema aconsegueix una comunicació d'alta fiabilitat en condicions complexes, com ara fortes vibracions, mitjançant un disseny òptic innovador i la selecció de materials. Concretament, la comunicació làser entre compartiments alleuja eficaçment l'impacte de la vibració acoblada a diversos -graus-de-llibertat sobre la qualitat de la comunicació augmentant l'angle de divergència del feix. A més, el sistema introdueix un mecanisme d'ajust òptic adaptatiu que pot compensar-en temps real les desviacions del camí òptic causades per vibracions i canvis de temperatura, millorant encara més l'estabilitat de la comunicació.
Pel que fa al disseny òptic, aquest treball optimitza el camí òptic del sistema de comunicació làser basat en el programari de simulació òptica Zemax. Mitjançant l'anàlisi de simulació, es determina que el rang d'angle de divergència del feix òptim és de 0,5 graus a 1,5 graus, assegurant la distància de comunicació alhora que minimitza l'impacte de la vibració acoblada en el camí òptic. Els resultats de la simulació mostren que quan l'angle de divergència del feix és de 2,0 graus, el sistema encara pot complir els requisits de comunicació en un entorn extrem amb una distància de comunicació de 200 mm i el diàmetre del punt de llum es controla dins de 2 mm, complint els requisits de fotodetecció de l'extrem receptor. A més, la simulació també verifica les lleis de variació de l'estabilitat del camí òptic i la potència de recepció sota diferents angles de deflexió (0 graus a 5 graus) i desplaçaments verticals (0 mm a 10 mm). Els resultats de la simulació mostren que quan el desplaçament d'angle és de 2 graus, el desplaçament central del punt de llum és inferior a 0,5 mm i la potència de recepció només disminueix aproximadament 1,2 dB, cosa que indica que el sistema té una forta capacitat anti-desplaçament.
La verificació experimental mostra que en condicions extremes, quan la distància entre l'extrem receptor i l'extrem transmissor supera els 200 mm, la potència de recepció encara es pot mantenir en -8,88 dBm. A més, quan el desplaçament de l'angle arriba als 20 graus, fins i tot quan la distància de comunicació supera els 200 mm, la potència de recepció a l'extrem receptor encara pot mantenir -10,61 dBm. Més important encara, quan la distància de comunicació, l'angle de deflexió i el desplaçament vertical arriben a les seves posicions extremes, la potència de recepció a l'extrem receptor encara pot romandre per sobre de -10,84 dBm en 5 minuts i aconseguir una comunicació sense errors, complint totalment els requisits de disseny. Aquest rendiment s'atribueix a l'optimització integral del disseny òptic, la selecció de materials i la tecnologia de control tèrmic del sistema.
En conclusió, el disseny d'un sistema de comunicació làser de -abast proper per a entorns de vibració acoblats de diversos-graus--llibertat no només demostra un rendiment òptic excel·lent sinó que també aconsegueix una comunicació d'alta fiabilitat en entorns extrems. Aquest disseny proporciona un suport tècnic important i un valor de referència per a les aplicacions de comunicació làser a les indústries aeroespacials, d'exploració-de fons marí i nuclears en el futur.