ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีการบินและอวกาศเชิงพาณิชย์ ความต้องการระบบการสื่อสารระหว่างส่วนต่าง ๆ ในยานอวกาศเชิงพาณิชย์จึงเพิ่มขึ้นทุกวัน บทความนี้เสนอระบบการสื่อสารด้วยเลเซอร์ระยะใกล้-ที่มีการออกแบบบูรณาการของการสื่อสารที่มีประสิทธิภาพและการป้องกัน-ความกระวนกระวายใจ ซึ่งมุ่งเป้าไปที่การสื่อสารระหว่างส่วนต่างๆ ในการบินเชิงพาณิชย์โดยเฉพาะ ระบบนี้เผชิญกับความท้าทาย เช่น การเสียรูปขององค์ประกอบแสงและความเสถียรของเส้นทางแสงที่ลดลงในความถี่สูง-ความอิสระหลาย-ระดับ-ของ-ความอิสระและ-สภาวะการสั่นสะเทือนความถี่สูง ด้วยการใช้การออกแบบเส้นทางแสงที่เป็นเอกลักษณ์ มุมที่แตกต่างขนาดใหญ่ และอัลกอริธึมแบบปรับเปลี่ยนได้ จึงสามารถระงับผลกระทบของการสั่นสะเทือนบนระบบออปติคัลได้อย่างมีประสิทธิภาพ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่อออฟเซ็ตมุมการสั่นสะเทือนอยู่ภายใน ±20 องศา การกระจัดด้านข้างน้อยกว่า 200 มม. และการกระจัดตามยาวน้อยกว่า 10 มม. คุณภาพของจุดไฟและประสิทธิภาพการสื่อสารทั้งหมดตรงตามข้อกำหนดการออกแบบ การวิจัยในบทความนี้เป็นพื้นฐานทางทฤษฎีและการสนับสนุนด้านเทคนิคสำหรับการออกแบบและการใช้งานระบบการสื่อสารด้วยเลเซอร์ระหว่างส่วนต่างๆ ในการบินเชิงพาณิชย์ภายใต้-ความถี่สูงหลาย-ระดับ-ของ-สภาพแวดล้อมการสั่นสะเทือนควบคู่กับเสรีภาพ และมีความสำคัญอย่างยิ่งในการปรับปรุงความน่าเชื่อถือในการสื่อสารของยานอวกาศในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
ออกแบบระบบการสื่อสารด้วยเลเซอร์ระยะใกล้-ที่เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมการสั่นสะเทือนควบคู่อย่างอิสระหลาย-องศา-ของ- โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อแก้ไขปัญหาความเสถียรที่ไม่เพียงพอของอินเทอร์เฟซเชิงกลแบบเดิมในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ระบบนี้บรรลุการสื่อสารที่มีความน่าเชื่อถือสูงในสภาวะที่ซับซ้อน เช่น การสั่นสะเทือนที่รุนแรง ผ่านการออกแบบเชิงแสงที่เป็นนวัตกรรมและการเลือกใช้วัสดุ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การสื่อสารด้วยเลเซอร์ระหว่างช่องต่างๆ ช่วยลดผลกระทบจากความอิสระหลาย-องศา-ของ-การสั่นสะเทือนควบคู่ไปกับคุณภาพการสื่อสารได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยการเพิ่มมุมการเบี่ยงเบนของลำแสง นอกจากนี้ ระบบยังแนะนำกลไกการปรับออปติคัลแบบปรับตัวที่สามารถ-เวลาจริงชดเชยการเบี่ยงเบนของเส้นทางออปติคัลที่เกิดจากการสั่นสะเทือนและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ซึ่งช่วยเพิ่มเสถียรภาพในการสื่อสารให้ดียิ่งขึ้น
ในแง่ของการออกแบบด้านการมองเห็น เอกสารนี้จะปรับเส้นทางแสงของระบบสื่อสารด้วยเลเซอร์ให้เหมาะสมที่สุดโดยใช้ซอฟต์แวร์จำลองแสง Zemax ด้วยการวิเคราะห์การจำลอง ช่วงมุมความแตกต่างของลำแสงที่เหมาะสมที่สุดถูกกำหนดไว้ที่ 0.5 องศาถึง 1.5 องศา เพื่อให้มั่นใจถึงระยะการสื่อสารในขณะที่ลดผลกระทบจากการสั่นสะเทือนควบคู่กันบนเส้นทางแสง ผลการจำลองแสดงให้เห็นว่า เมื่อมุมการเบี่ยงเบนของลำแสงอยู่ที่ 2.0 องศา ระบบยังคงสามารถตอบสนองความต้องการการสื่อสารในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงด้วยระยะการสื่อสาร 200 มม. และเส้นผ่านศูนย์กลางของจุดไฟจะถูกควบคุมภายใน 2 มม. ซึ่งตรงตามข้อกำหนดการตรวจจับด้วยแสงของส่วนรับสัญญาณ นอกจากนี้ การจำลองยังตรวจสอบกฎการเปลี่ยนแปลงของความเสถียรของเส้นทางแสงและกำลังรับภายใต้มุมโก่งที่แตกต่างกัน (0 องศาถึง 5 องศา) และออฟเซ็ตแนวตั้ง (0 มม. ถึง 10 มม.) ผลการจำลองแสดงให้เห็นว่าเมื่อออฟเซ็ตของมุมเป็น 2 องศา ออฟเซ็ตกึ่งกลางของจุดไฟจะน้อยกว่า 0.5 มม. และกำลังรับจะลดลงประมาณ 1.2dB เท่านั้น ซึ่งบ่งชี้ว่าระบบมีความสามารถในการต้าน-ออฟเซ็ตที่แข็งแกร่ง
การตรวจสอบเชิงทดลองแสดงให้เห็นว่าในสภาวะที่รุนแรง เมื่อระยะห่างระหว่างปลายรับสัญญาณและปลายส่งสัญญาณเกิน 200 มม. กำลังรับจะยังคงอยู่ที่ -8.88dBm ยิ่งไปกว่านั้น เมื่อมุมออฟเซ็ตถึง 20 องศา แม้ว่าระยะการสื่อสารจะเกิน 200 มม. กำลังรับที่ปลายรับยังคงสามารถรักษา -10.61dBm ได้ ที่สำคัญกว่านั้น เมื่อระยะการสื่อสาร มุมโก่ง และออฟเซ็ตแนวตั้งถึงตำแหน่งสุดขั้ว กำลังรับที่ปลายรับจะยังคงสูงกว่า -10.84dBm ภายใน 5 นาที และบรรลุการสื่อสารที่ปราศจากข้อผิดพลาด ซึ่งตรงตามข้อกำหนดการออกแบบอย่างสมบูรณ์ ประสิทธิภาพนี้เกิดจากการเพิ่มประสิทธิภาพที่ครอบคลุมในการออกแบบการมองเห็น การเลือกใช้วัสดุ และเทคโนโลยีการควบคุมความร้อนของระบบ
โดยสรุป การออกแบบระบบการสื่อสารด้วยเลเซอร์ระยะใกล้-สำหรับสภาพแวดล้อมการสั่นสะเทือนควบคู่อย่างอิสระหลาย-องศา-ของ- ไม่เพียงแต่แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพทางแสงที่ยอดเยี่ยม แต่ยังได้รับการสื่อสารที่มีความน่าเชื่อถือสูงในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงอีกด้วย การออกแบบนี้ให้การสนับสนุนทางเทคนิคที่สำคัญและค่าอ้างอิงสำหรับการใช้งานการสื่อสารด้วยเลเซอร์ในการบินและอวกาศ - การสำรวจใต้ทะเลลึก และอุตสาหกรรมนิวเคลียร์ในอนาคต