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光学and photonics

光学and photonics

用于太空通信的光接收器具有“前所未有的”灵敏度

20 Oct 2020
Space communications

迄今为止,瑞典研究人员已经设计并展示了迄今为止在自由空间中拾取光信号最灵敏的接收机。 彼得·安德烈森 查默斯理工大学的同事和他们的同事说,他们采用一种新颖的信号准备方法,并结合了接收器的无噪声放大功能,实现了接收器中每位信息每比特信息一个光子的“前所未有的”灵敏度。他们的技术可能对未来的太空飞行有重要意义。

随着航天机构寻求扩大其探索范围并改善其卫星的数据输出,现有的基于无线电的通信系统正努力跟上。为了能够以更高的数据速率进行操作并实现更大距离的传输,由于在传播过程中光功率损耗较低,现在越来越多地考虑在无线电波上使用光信号。尽管如此,在广阔的空间中损失可能是巨大的。为了使用尽可能少的光子来实现更高的传输速率,具有最高灵敏度的接收器对于成功至关重要。

为了实现这一目标,Andrekson的团队引入了一种新的设置,其中首先将数据编码到信号光波上,然后与不同频率的连续泵浦光波组合。当这些波通过非线性光纤时,它们会产生第三个“惰轮”波。之后,所有三个波被放大到所需的输出功率,并发射到自由空间中。在接收端,耗尽的信号被捕获到光纤中,然后被相敏光放大器放大。相敏光放大器是一种独特的设备,几乎不会给信号增加噪声。最终,恢复的信号到达常规接收器,在那里原始信息可以被恢复。

室温操作

目前,即使是最复杂的自由空间光通信系统也只能以低于1Gb / s的速度运行,并且需要超冷温度才能运行。相比之下,由安德烈克森(Andrekson)团队设计的系统在室温下的接收器灵敏度接近每位信息每比特一个光子,从而使数据传输速率高达10.5 Gb / s。此外,该系统还依赖于直接的技术来进行信号调制,处理和误差计算。这意味着它可以轻松扩展以适应更高的数据速率。

通过对其技术敏感性的进一步理论计算,Andrekson及其同事得出结论,这是跨各种数据速率传输的最佳方法。如果将来将其集成到实际空间飞行任务的通信系统中,则它们的方法可能会加快从无线电信号到光信号的过渡,以实现远距离传输。这可能会导致对未来到太阳系遥远地区的飞行任务进行业务改进;卫星之间的数据传输;并使用光学技术LIDAR监视地球表面。

该研究描述于 光:科学& Applications.

版权©2020年由IOP 出版 Ltd和个人贡献者