Detail předmětu

Aerospace Photonics

FEKT-MPA-ASPAk. rok: 2022/2023

Studenti se seznámí se základními pojmy z oblasti fotoniky, teorií fotonu a optické vlny, dílčími komponenty fotonických systém a tvarováním optických svazků. Studenti se také seznámí s optickými vysílači a přijímači, interakcí optického svazku s atmosférickým přenosovým prostředím a dalšími přenosovými prostředími, adaptivními optickými a PAT systémy, statistickými a stacionárními parametry fotonických spojů a jejich energetickou bilancí. Studenti získají přehled o jednotlivých fotonických komunikačních systémech pracujících v horizontálním a vertikálním směru a také se seznámí s optickými satelitními systémy. V individuálním projektu budou studenti řešit návrh vlastního fotonického komunikačního systému.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

Garant předmětu

doc. Ing. Lucie Hudcová, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav radioelektroniky (UREL)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu bude schopen: (a) popsat základní aspekty fotoniky, foton a optickou vlnu; (b) popsat a vysvětlit podstatu funkce pasivních komponentů fotonického systému; (c) popsat a vysvětlit funkci optických detektorů; (d) vysvětlit interakci optických svazků s přenosovým prostředím; (e) popsat profil atmosférického přenosového prostředí v horizontálním a vertikálním směru; (f) popsat systémy adaptivní optiky a PAT systémy; (g) vyjmenovat a popsat statistické a stacionární parametry fotonických spojů; (h) vypočítat energetickou bilanci fotonického spoje; (i) navrhnout fotonický spoj; (j) vyjmenovat, popsat a porovnat jednotlivé typy fotonických spojů; (k) vyjmenovat a popsat optické satelitní systémy.

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti na úrovni bakalářského studia.

Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby znalé pro samostatnou činnost“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky a numerická cvičení. Předmět využívá e-learning (Moodle). Student odevzdává jeden samostatný projekt.

Způsob a kritéria hodnocení

Hodnotí se: 2 nepovinné testy (až 10 bodů za oba testy), 1 povinný individuální projekt (až 20 bodů, minimum 10 bodů). Zkouška má povinnou písemnou část (až 50 bodů) a povinnou ústní část (až 20 bodů). Obsah zkoušky odpovídá anotaci předmětu.

Pro získání zápočtu je potřeba odevzdat individuální projekt a získat za něj minimálně 10 bodů. Pro absolvování zkoušky je potřeba se zúčastnit písemné a ústní zkoušky.

Osnovy výuky

1. Systémové aspekty fotoniky – foton a optická vlna
2. Pasivní komponenty fotonických systémů
3. Tvarování laserových svazků
4. Optické vysílače, optovláknové zesilovače, opakovače a EO modulátory
5. Optické detektory a přijímače optického signálu
6. Interakce optického svazku s přenosovým prostředím, šíření optického svazku optickým vláknem a ve vakuu
7. Horizontální a vertikální modelování atmosférického přenosového prostředí Země
8. Adaptivní optika, optické systémy a PAT systémy, multi-hop relaying
9. Statistické a stacionární parametry fotonických systémů, modulace
10. Energetická bilance fotonických spojů
11. Vlastnosti a parametry jednotlivých typů fotonických spojů ground-to-air, air-to-air, space-to-space, space-to-ground
12. Satelitní systémy – European Data Relay System, SOTA, OPALS, OSIRIS a další
13. Předpokládaný vývoj aerospace fotonických systémů

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty se základy fotoniky a základními komponenty optických a fotonických systémů, vysvětlit podstatu tvarování optických svazků, objasnit princip funkce optických zdrojů, zesilovačů, opakovačů a modulátorů. Dalším cílem je seznámit studenty s principem detekce laserových svazků, vysvětlit princip interakce optických svazků s přenosovými prostředími. Studenti se seznámí s horizontálními a vertikálními fotonickými komunikačními systémy, které zahrnují adaptivní optické systémy, nebo PAT systémy. V předmětu se naučí počítat energetickou bilanci fotonických spojů. Cílem předmětu je také seznámit studenty s konkrétními optickými satelitními systémy.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Základní literatura

Saleh B. A. E., Teich M.C., Fundamentals of Photonics, New York: John Wiley & Sons, 2006. 978-0-471-35832-9. (EN)
Stotts L. B., Free Space Optical Systems Engineering: Design and Analysis, New York: Wiley Telecom, 2017. 9781119279020. (EN)
Sharma M., Chadha D., Chandra V., High-altitude platform for free-space optical communication: Performance evaluation and reliability analysis, IEEE/OSA Journal of Optical Communications and Networking, vol. 8, no. 8, pp. 600-609, 2016. doi: 10.1364/JOCN.8.000600. (EN)

Doporučená literatura

Kaushal H., Kaddoum G., Optical Communication in Space: Challenges and Mitigation Techniques, IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol. 19, no. 1, pp. 57-96, Firstquarter 2017. doi: 10.1109/COMST.2016.2603518. (EN)

eLearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech