迄今为止用于太空通信最灵敏光接收器

太空通信需要尽可能灵敏的接收器,以实现最大范围通信,同时还需要高传输效率。瑞典查尔默斯理工大学的研究人员最近证明了一种基于激光束通信的新颖概念,它在接收器中使用了几乎无噪声的光学前置放大器。

迄今为止用于太空通信最灵敏光接收器

在科学期刊《自然:光科学与应用》上发表的一篇新论文中,一组研究人员描述了一种自由空间光传输系统,该系统依靠光放大器,与其他所有光放大器相比,光放大器原则上不会增加​​任何多余的噪声。预先存在的光放大器,称为相敏放大器(PSA)。

迄今为止用于太空通信最灵敏光接收器
这种方法从根本上实现了任何预放大光学接收器的最佳灵敏度,并且也优于其他所有当前最新接收器技术。

研究人员的新概念展示了前所未有的接收器灵敏度,即每个信息比特仅一个光子,每秒10吉比特的数据速率。

获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

这种新方法可扩展长距离太空通信链路的覆盖范围和数据速率。因此,它也有望帮助突破当今深空任务中的数据返回瓶颈。

大幅增加未来高速链路的范围和信息速率将对诸如卫星通信,深空任务以及具有光检测和测距功能的地球监测(激光雷达)等技术产生重大影响。用于这种高速数据连接系统越来越多地使用光学激光束而不是射频束。这样做的关键原因是,由于光束发散减小了,因此在光束传播时的功率损耗在光波长处明显较小。

然而,在长距离上,光束也会遭受很大的损失。例如,从地球到月球的激光束-约400,000公里-孔径为10 cm的光,将遭受约80 dB的功率损耗,这意味着1亿分之一仅会保留。由于可发送的功率有限,因此具有能够以尽可能低的接收功率恢复发送的信息的接收器至关重要。将该灵敏度量化为无错误地恢复数据所需的每个信息位的最小光子数。

在Chalmers的新概念中,信息被编码到信号波上,该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(称为惰轮)。这三波浪一起被发射到自由空间。在接收点,在将光捕获到光纤中之后,PSA使用再生的泵浦波放大信号。然后在常规接收机中检测放大的信号。

这种方法从根本上实现了任何预放大光学接收器的最佳灵敏度,并且也优于其他所有当前的最新接收器技术。

该系统使用一种简单的调制格式,该格式采用标准纠错码进行编码,并且采用相干接收机进行数字信号处理以恢复信号。如果需要,此方法可以直接扩展到更高的数据速率。它还在室温下工作,这意味着它可以在空间终端中实现,而不仅是在地面上。

本文还讨论了该方法的理论灵敏度极限,并将其与其他现有方法进行了比较,得出的结论是,对于广泛的数据速率,新方法是最佳方法。

这项工作得到了瑞典研究委员会,克努特和爱丽丝·沃伦伯格基金会以及欧洲研究委员会的支持。

上一篇:

下一篇:


标签