امکان دستیابی به ارتباطات بی‌سیم پرسرعت زیر آب با سلول‌های خورشیدی

ایسنا/خراسان رضوی اگرچه سلول‌های خورشیدی به‌طور معمول برای تبدیل نور به نیرو طراحی شده‌اند اما محققان نشان داده‌اند که می‌توان از آنها برای دستیابی به ارتباطات نوری بی‌سیم زیر آب با سرعت داده بالا نیز استفاده کرد. رویکرد جدید که از مجموعه‌ای از سلول‌های خورشیدی اتصال سری به‌عنوان ردیاب استفاده می‌کند می‌تواند یک روش مقرون‌به‌صرفه و کم انرژی برای انتقال داده‌ها در زیر آب ارائه دهد. به نقل از تک اکسپلور، سرپرست گروه تحقیقاتی جینگ ژو از دانشگاه ژجیانگ چین گفت: در حال حاضر، نیاز حیاتی به ارتباط زیرآبی موثر برای پاسخگویی به تقاضاهای روزافزون تبادل داده‌های زیر آب در فعالیت‌های حفاظتی اقیانوس‌ها در سراسر جهان وجود دارد برای مثال، در تلاش‌های حفاظت از صخره‌های مرجانی، پیوندهای داده‌ای برای انتقال داده‌ها از غواصان، زیردریایی‌های سرنشین‌دار، حسگرهای زیر آب و وسایل نقلیه زیرآبی خودکار بدون سرنشین به کشتی‌های روی سطح آب که کار آنها را پشتیبانی می‌کنند ارتباط زیرآبی ضروری است. ژو و همکارانش از مجموعه‌ای از سلول‌های خورشیدی تجاری موجود در ایجاد یک سیستم بهینه‌سازی شده بدون لنز برای ردیابی نوری با سرعت بالا در زیر آب استفاده کردند. سلول‌های خورشیدی نسبت به دیودهای حساس به نور که به‌عنوان ردیابی در ارتباطات نوری بی‌سیم استفاده می‌شوند، ناحیه ردیابی بسیار بزرگ‌تری ارائه می‌دهند. ژو اظهار کرد: ما بالاترین پهنای باندی را که تا به حال برای یک سیستم ارتباطی نوری مبتنی بر پنل خورشیدی سیلیکونی تجاری با یک منطقه ردیابی بزرگ به‌دست آمده است را نشان دادیم. این نوع سیستم حتی می‌تواند امکان تبادل داده و تولید برق را با یک دستگاه فراهم کند. بهینه‌سازی سلول‌های خورشیدی بهینه‌سازی سلول‌های خورشیدیدر مقایسه با استفاده از امواج رادیویی یا صوتی، ارتباطات بی‌سیم زیر آب مبتنی بر نور، سرعت بالاتر و تاخیر کمتری را نشان می‌دهد و به نیروی کمتری نیاز دارد. با این حال، اکثر سیستم‌های نوری پرسرعت در مسافت‌های طولانی برای پیاده‌سازی زیر آب عملی نیستند زیرا به هم‌ترازی دقیق بین فرستنده منتشرکننده نور و گیرنده‌ای که سیگنال نور ورودی را تشخیص می‌دهد نیاز دارند. از آنجایی که سلول‌های خورشیدی نور را از یک منطقه بزرگ ردیابی و آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کنند، استفاده از آنها به‌عنوان ردیاب می‌تواند نیاز تراز فرستنده و گیرنده را در یک سیستم ارتباطی بی‌سیم زیر آب آسان کند. با این حال، دستیابی به پهنای باند بالا دشوار است زیرا سلول‌های خورشیدی برای برداشت انرژی  و نه برای ارتباط  بهینه شده‌اند. ژو بیان کرد: «دستیابی به پیوندهای پرسرعت با استفاده از سلول‌های خورشیدی سیلیکونی آماده، به طرح‌ها و الگوریتم‌های مدولاسیون پیچیده نیاز دارد و به منابع محاسباتی قوی نیاز دارند که از توان اضافی استفاده می‌کنند و تاخیر پردازش بالایی ایجاد می‌کنند. ما با استفاده از مدل‌سازی و شبیه‌سازی سلول‌های خورشیدی متصل، مدار محیطی را بهینه کردیم که به‌طور قابل‌توجهی عملکرد ردیاب مبتنی بر سلول خورشیدی ما را بهبود بخشید». آزمایش زیر آب آزمایش زیر آبمحققان طرح جدید را که از یک آرایه خورشیدی ۳در۳ برای ایجاد ناحیه ردیابی ۳.۴ در۳.۴ سانتی‌متری استفاده می‌کرد، در یک مخزن آبی به طول هفت متر که شبیه کانال زیر آبی بود، آزمایش کردند. از آینه‌ها برای گسترش طول مسیر سیگنال نوری استفاده و فاصله انتقال ۳۵ متری ایجاد شد. این سیستم پایداری قابل اعتماد، مصرف انرژی کم و عملکرد بالا را نشان داد. با افزایش اندازه آرایه خورشیدی از یک در یک به ۳در۳، پهنای باند ۲۰-dB از ۴.۴ مگاهرتز به ۲۴.۲ مگاهرتز افزایش می‌یابد. حتی با وجود اینکه از یک طرح مدولاسیون ساده استفاده شده نسبت به گزارش‌هایی که در تحقیقات دیگر با استفاده از سلول‌های خورشیدی سیلیکونی تجاری با ناحیه ردیابی بزرگ به‌عنوان ردیاب گزارش شده است، سیستم جدید پهنای باند تشخیص بسیار بالاتری را نشان می‌دهد  که منجر به میزان بالاتر داده می‌شود. اعمال ولتاژ بایاس معکوس ۹۰ ولت، پهنای باند را بیشتر افزایش و به آنان اجازه داد به پهنای باند ۲۰-dB از ۶۳.۴ مگاهرتز دست یابند. این پهنای باند یک پیوند نوری بی‌سیم زیر آب با سرعت ۳۵ متر بر ۱۵۰ مگابیت در ثانیه را با استفاده از ساده‌ترین شکل مدولاسیون کلیدهای تغییر دامنه فعال کرد. ژو افزود: «از آنجایی که سلول‌های خورشیدی به‌صورت انبوه تولید می‌شوند، طرح پیشنهادی به‌طورکلی مقرون به صرفه است. فراتر از دنیای زیر آب، این نوع ردیاب را می‌توان در ارتباطات نور مرئی، نوعی ارتباط بی‌سیم که از نور مرئی ال ای دی و سایر منابع برای انتقال داده‌ها در فواصل دور استفاده می‌کند، نیز به‌کار گرفت». برای بهینه‌سازی این سیستم جهت کاربردهای دنیای واقعی در ارتباطات زیر آب، محققان قصد دارند عملکرد آن را با سیگنال‌های نوری ضعیف در آینده بررسی کنند و نشان می‌دهد که این سیستم در آب گل آلود و با حرکت چقدر خوب کار می‌کند. آنان همچنین در تلاش هستند تا با تنظیم دقیق پارامترهای کلیدی مانند تعداد سلول‌های خورشیدی در آرایه و ولتاژ بایاس معکوس، سیستم را کاربردی‌تر کنند. نتایج این تحقیق در مجله Optics Letters منتشر شد. انتهای پیام