Comunicazioni ottiche in spazio libero per applicazioni spaziali

Questa tesi si propone di fornire una panoramica completa sui sistemi di comunicazione ottica in spazio libero (FSO, Free Space Optical). In particolare, verranno approfonditi gli aspetti più significativi per i collegamenti spaziali a lungo raggio, quali quelli tra satelliti artificiali in orbita bassa e geostazionaria, sonde spaziali, basi planetarie e lunari. L’introduzione discuterà le principali configurazioni sperimentate dalle agenzie spaziali internazionali ed i vantaggi principali della tecnologia FSO sulle radiofrequenze. Successivamente verranno approfonditi gli effetti che un canale turbolento esercita sulla propagazione del fascio ottico. Saranno poi descritti i componenti fondamentali di un sistema di trasmissione e ricezione, suddividendo l’analisi tra le tecniche di modulazione, gli schemi di codifica del segnale, i tipi di ricevitori ottici ed i sistemi di acquisizione e tracciamento necessari per garantire la stabilità del collegamento. L’analisi si concentrerà infine sui sistemi ottici LCT (Laser Communication Terminal), che consentono l’emissione e la ricezione del fascio laser. Verranno portati esempi concreti, discutendone i parametri chiave per le applicazioni spaziali, tra cui la necessità di minimizzare peso e ingombro senza compromettere la qualità ottica richiesta. L’ultima parte è dedicata all’esplorazione di soluzioni tecnologiche innovative volte al superamento delle attuali limitazioni dei sistemi ottici satellitari. In particolare, verranno esposte le possibilità offerte dall’integrazione di metalenti.