Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB

Masterthesis - Analyse der Turbulenzeffekte auf einer langstrecken-laserbasierten Datenübertragung

Die Abteilung Signatorik des Fraunhofer-Instituts für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB bietet eine Masterarbeit für Studierende der Fachrichtung Elektrotechnik, Physik, Informatik oder vergleichbarer Fachrichtungen auf dem Gebiet der Laserkommunikation.
 
Die Masterarbeit ist in der Arbeitsgruppe Adaptive Optik angesiedelt, die sich mit Abbildungs-, Überwachungs- und Laserkommunikationssystemen befasst und sowohl Simulationen entwickelt und theoretische Modelle entwirft als auch Bildverarbeitungsalgorithmen und komplette Adaptive Optik (AO)-Systeme implementiert.

Weitere Informationen findest du auf der Seite der Gruppe Adaptive Optik.
 
 

Motivation

Die stetig steigenden Bandbreiteanforderungen in nahezu allen Bereichen der modernen drahtlosen Kommunikation stellt vor allem in abgelegenen Regionen weiterhin eine Herausforderung dar. Gegenstand aktueller Forschung ist die optische Übertragung von Daten zwischen Sender und Empfänger in Szenarien, in denen eine Glasfaserverbindung nicht möglich oder nicht gewünscht ist. Hierbei sind besonders horizontale Strecken mit Längen jenseits ~1 km interessant.
 
Auf horizontalen Freistrahlstrecken dieser Entfernung sind speziellere atmosphärische Gegebenheiten zu finden, als bei der Ausbreitung von Laserlicht auf vertikalen Pfaden. Die Störungen sind hier gravierender und erfordern eine neuartige Korrektur mit Hilfe Adaptiver Optik (AO), da hier traditionelle Kompensationsstrategien versagen. Die Aufgabe dieser neuen Methoden ist es, die Schwachstellen der herkömmlichen AO zu beheben und durch die Verwendungen von speziellen Algorithmen sowie angepasster Hardware eine Datenübertragung zu ermöglichen.
 
 

Angestrebte Ziele

Auf einer 7 km langen Laserstrecke zwischen dem Fraunhofer IOSB und des Karlsruher Instituts für Technologie sollen die Besonderheiten der optischen Freistrahlausbreitung von Infrarot-Laserlicht auf horizontalen Pfaden studiert werden. Bereits erprobte Messmethoden und Korrekturverfahren aus Laboraufbauten und kürzeren Übertragungsstrecken werden eingesetzt um die besonderen atmosphärischen Bedingungen zu charakterisieren.
 
Gestützt auf theoretische Studien sollen diese speziellen Effekte vorhergesagt und anhand von Experimenten bereits existierende Modelle angepasst und überprüft werden. Besonders Messmethodik und die Realisierung von einfacher Datenübertragung sollen Möglichkeiten für die Turbulenzkorrektur mittels AO aufzeigen.
 
Machbarkeitsstudien über den Einsatz von bereits im Labor realisierten neuartigen Korrekturmethoden sollen die Leistungsfähigkeit von AO in diesem Szenario unterstützen. Das iterative Blindkorrekturverfahren ist hier als aussichtsreicher Kandidat hervorzuheben, da es ohne zusätzliche Infrastruktur am Empfänger neben dem herkömmlichen Kommunikationsequipment auskommt.
 
 

Deine Aufgaben

  • Charakterisierung des Einflusses atmosphärischer Turbulenz auf den bereits laufenden Experimenten: Vorhersage und Analyse der gemessenen Strahlauslenkungen, Strahlprofilen in der Pupille-, als auch in Fokalebene, spektrale Leistungsdichte der Szintillation und der Strahlauslenkung
  • Modellieren der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion des Signals in der Ebene des Empfängers
  • Vorhersage und Messung der Bitfehlerrate bei einer lasergestutzten Datenübertragung

 

Was du mitbringst

  • Du bist immatrikuliert und studierst aktuell Elektrotechnik, Physik, Informatik oder einen vergleichbaren Studiengang
  • Du kennst erste Grundlagen der Optik und der damit eng verknüpften Laserphysik
  • Du hast keine Angst vor höherer Mathematik

 

Was du erwarten kannst

  • Sowohl die Laserstrecke als auch das damit verbundene Messequipment steht dir bereits zur Verfügung; die Masterarbeit bezieht sich hauptsächlich auf mathematische Modellierung und Auswertung der experimentellen Ergebnisse
  • Du hast Zugang zu einer weltweit einzigartigen Laborausstattung mit modernen, teilweise nicht kommerziell verfügbaren Komponenten und Messeinrichtungen
  • Du wirst durch Experten auf den Gebieten Turbulenz, Datenübertragung und Laserphysik bestens betreut

Die Stelle ist befristet.
Schwerbehinderte Menschen werden bei gleicher Eignung bevorzugt eingestellt.
Wir weisen darauf hin, dass die gewählte Berufsbezeichnung auch das dritte Geschlecht miteinbezieht. Die Fraunhofer-Gesellschaft legt Wert auf eine geschlechtsunabhängige berufliche Gleichstellung.
 
Fraunhofer ist die größte Organisation für anwendungsorientierte Forschung in Europa. Unsere Forschungsfelder richten sich nach den Bedürfnissen der Menschen: Gesundheit, Sicherheit, Kommunikation, Mobilität, Energie und Umwelt. Wir sind kreativ, wir gestalten Technik, wir entwerfen Produkte, wir verbessern Verfahren, wir eröffnen neue Wege.
 
Das Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB ist mit rund 700 Mitarbeitenden an fünf Standorten eines der größten Fraunhofer-Institute. Unser Kompetenzspektrum reicht von der Physik über die Informatik bis zu Geo- und Ingenieurwissenschaften - in diesen Bereichen machen wir aus neuesten Erkenntnissen Innovationen. Wissenschaftliche und technologische Exzellenz gehören dabei ebenso zu unserer DNA wie Kundenorientierung und Verlässlichkeit gegenüber unseren Auftraggebern aus Wirtschaft und Behörden.
Weitere Informationen über die Adaptive Optik Gruppe findest du hier.
 

Fragen zu dieser Position beantwortet dir gerne:

Dr. Szymon Gladysz
Gruppenleiter Adaptive Optik
Telefon: 07243/992-120
 
 

Wir haben dein Interesse geweckt?

Dann bewirb dich online mit allen erforderlichen Unterlagen (kurzes Anschreiben, Lebenslauf, Zeugnisse) bis zum 30.06.2020.
 
Kennziffer: IOSB-2020-30   Bewerbungsfrist: 23.7.2020