空间通信需要最敏感的接收器,以达到最大的范围,同时也需要高比特率的操作。提出了一种基于激光束的通信概念,在接收端使用几乎无噪声的光学前置放大器。自由空间光传输系统依赖于一种光放大器,它在原则上不会添加任何多余的噪声,这与之前存在的所有被称为相敏放大器(PSAs)的光放大器不同。

该概念通过每秒10千兆位的数据速率演示了仅一个光子的接收器灵敏度。该方法可以扩展远程空间通信链路中的范围和数据速率,并且可以消除在深度空间任务中存在的数据返回瓶颈。

基本上增加了未来的高速链路的范围和信息速率将对卫星​​间通信和地球监测具有光检测和测距(LIDAR)具有很大的影响。这种高速数据连接的系统越来越多地使用光学激光束而不是射频光束。这样做的一个关键原因是,由于光波长的光波长的功率损失基本上较小,因为光束发散减小。

在长距离时,光束也会经历巨大的损耗;例如,从地球发送到月球的激光束(直径约40万公里),孔径为10厘米,将会损失约80分贝的功率,这意味着只有1亿分之一的能量会保留下来。由于发射功率有限,使接收机尽可能低功率地恢复所发送的信息是至关重要的。这种灵敏度被量化为每个信息位所需的最小光子数,以无错误地恢复数据。

在这种新方法中,信息被编码到信号波中,信号波与不同频率的泵浦波一起,在非线性介质中产生共轭波(称为闲波)。这三种波一起被发射到自由空间。在接收点,在捕获光纤中的光后,PSA利用再生的泵浦波放大信号。放大后的信号然后在传统接收机中检测。

该系统使用具有标准纠错码的简单调制格式和具有用于信号恢复的数字信号处理的相干接收器。如果需要,该方法可以直接可扩展到更高的数据速率。它还在室温下运行,这意味着它可以在空间终端中实现,不仅在地面上也可以实现。

欲了解更多信息,请联系Peter Andrekson,光子学教授,此电子邮件地址受到垃圾邮件程序的保护。您需要启用Javascript来查看它。


技术简报杂志

本文首先出现在2月,2021年问题技术简介杂志。

阅读此问题的更多文章这里

阅读档案中的更多文章这里