Performance evaluations of single mode optical receiver for degraded visual field and photonic lantern based coherent detection

Bozulmuş görsel ortamlarda görüntüleme günümüz görüntüleme teknolojilerin en büyük zorluklarından biridir. Özellikle döner kanatlı hava araçları kumlu, tozlu, nemli ve karlı ortamlarda iniş esnasında oluşan bozulmuş görsel alanlardan muzdariptirler. Örneğin, iniş sırasında helikopter kanadı yüzünden yerdeki parçacıklar hareket ederek yoğun toz bulutu yani yüksek saçılma ortamı oluşturarak pilotun görüş alanını sınırlar ve kontrolsüz inişe sebep olabilir. Bu tür ortamlarda görüş alanı sınırlı olması, saçılan fotonların görüntü bilgisini taşıyan balistik fotonlara göre yüksek oranda olmasından kaynaklanmaktadır. Bu tezde, saçılan fotonları ortadan kaldırmak ve sadece balistik fotonları toplamak için uzaysal optik filtreleme (OSF) metodu önerilmektedir. Bu çalışma, yaygın olarak mikroskoplarda kullanılan OSF metodunun bildiğimiz kadarıyla makroskopik görüntüleme için kullanılmasının ilk araştırması olacaktır. Yapılan deneysel sonuçlarımıza göre bozulmuş görsel alanda saçılan fotonların çoğu kullanılan filtreleme metodu ile elimine edilmiştir. Sonuçlar fotodetektör ile karşılaştırılarak uzaysal filtrelemenin etkinliği gösterilmiştir. Boş uzay optik sistemleri, lazer ile mesafe ölçme, üç boyutlu görüntüleme, hava durumu tahminleri ve optik kablosuz iletişim gibi uygulamalarından dolayı dikkat çekmektedirler. Yüksek performanslı; daha küçük, daha hafif ve daha az enerji (SWaP) tüketen sistemler boş uzay optik sistemlerin en büyük araştırma motivasyonudur. Alıcı teknikleri içerisinde eş-fazlı optik algılama, yüksek hassasiyet ve hız gerektiren uygulamalarda öne çıkmaktadır. Eş-fazlı algılayıcı tabanlı LIDAR sitemler kuantum gürültü limitli performans sağlayabilmektedir. Buna rağmen, eş-fazlı sistemler tek modlu algılama özelliğinden ve küçük boyutlu optik fiberden dolayı boş uzay ile fiber birleşim verimliliğinin zayıflığından kötü etkilenmektedir. Bu sorunun üstesinden gelmek için, boş uzaydan gelen çok modlu sinyali verimli toplayarak belli sayıda tek modlu fiber dizisine dönüştürebilen fotonik fener kullanılmıştır. Fotonik fenerlerin bir ucu çok modlu fiberden diğer uçları ise birden fazla tek modlu fiberden oluşur Fotonik fener kullanımının optik güç kazancı deneysel olarak ölçülmüş, fakat bu kazanılan optik gücün sistemin sinyal gürültü oranını dolayısıyla da performansını hangi durumlarda nasıl etkileyeceği üzerine bir çalışma yapılmamıştır. Bu tezde; 19 tek modlu fibere sahip fotonik fenerde rastgele olarak dağılmış olan optik gücün sistem performansına nasıl yansıyacağı hesaplanmıştır. MATLAB programı kullanılarak fotonik fener tabanlı eş fazlı algılayıcıların performans simülasyonu yapılmıştır. Bu tez sonucunda elde edilen sonuçlar ve analizler ileride yapılması muhtemel yüksek maliyetli deneysel çalışmalara ışık tutacaktır.