Die optische Freiraumkommunikation mittels Laserstrahlung zwischen Bodenstationen und Satelliten bietet hohes Potenzial für die Datenübertragung mit sehr hohen Bandbreiten. Ein limitierender Faktor bei diesem Übertragungsverfahren sind atmosphärische Turbulenzen. Die damit einhergehenden Dichteschwankungen der Luft stören die Phasenfront des Lasers und zerstören dessen ideales Gauß-Profil. In der Folge sinkt das Signal-Rausch-Verhältnis, was die Datenübertragungsrate drastisch reduziert oder die Kommunikation vollständig unterbricht.
Zur Kompensation dieser Störungen soll in dieser Arbeit ein innovativer Ansatz untersucht werden, der auf optischen Reflektometrieverfahren basiert, wie sie in der Fasersensorik eingesetzt werden. Ziel ist es, die Rayleigh-Rückstreuung entlang des Ausbreitungspfades des Kommunikationslasers ortsaufgelöst zu erfassen. Aus den Rückstreudaten sollen sich präzise Rückschlüsse auf die lokalen atmosphärischen Turbulenzen und Dichteprofile ziehen. Diese Informationen ermöglichen es, die Phase des Lasers senderseitig mittels adaptiver Optik gezielt vorzuverzerren, sodass sich nach dem Durchqueren der turbulenten Atmosphäre auf Empfängerseite wieder ein ungestörtes Gauß-Profil einstellt. Neben der optimierten Datenübertragung erlaubt dieses duale Konzept simultan die messtechnische Erfassung atmosphärischer Parameter wie der Luftzusammensetzung.
Das konkrete Aufgabengebiet im Rahmen dieser Arbeit umfasst folgende Schwerpunkte:
- Auslegung und Auswahl der optischen und elektronischen Schlüsselkomponenten.
- Simulation der Rayleigh-Rückstreuung.
- Aufbau eines validen Labor-Setups zur experimentellen Erfassung der Rückstreusignale.
- Durchführung von Messungen zur Verifikation der theoretischen Modelle.
- Erprobung und Verifikation des Gesamtsystems unter realen atmosphärischen Bedingungen.
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