Szybka transmisja danych w wolnej przestrzeni mogłaby poprawić łączność w misjach kosmicznych.
Badacze z ETH Zurich osiągnęli rekordowe prędkości transmisji danych przy użyciu modulatorów plazmonicznych, co stanowi obiecujący postęp w komunikacji kosmicznej i potencjalny globalny szybki dostęp do Internetu. Przy prędkościach potencjalnie sięgających 1,4 Tbit/s technologia ta może zmienić sposób łączenia się świata.
Naukowcy osiągnęli szybkość transmisji danych sięgającą 424 Gbit/s w turbulentnym łączu optycznym w wolnej przestrzeni o długości 53 km (33 mil), korzystając z modulatorów plazmonicznych — urządzeń wykorzystujących specjalne fale świetlne zwane polarytonami plazmonów powierzchniowych do kontrolowania i modyfikowania sygnałów optycznych. To nowe badanie stanowi podstawę dla szybkich optycznych łączy komunikacyjnych przesyłających dane w otwartej przestrzeni powietrznej lub przestrzeni kosmicznej.
Ulepszanie misji kosmicznych dzięki szybszemu przesyłaniu danych
Optyczne sieci komunikacyjne w wolnej przestrzeni mogłyby przynieść korzyści w eksploracji kosmosu, zapewniając szybką transmisję danych o dużej przepustowości z mniejszymi opóźnieniami i mniejszymi zakłóceniami niż tradycyjne systemy komunikacji na częstotliwości radiowej. Może to skutkować wydajniejszym przesyłaniem danych, lepszą łącznością i większymi możliwościami w misjach kosmicznych.
Laurenz Kulmer z grupy Leuthold z ETH Zurich zaprezentował te badania w Frontiers in Optics + Laser Science (FiO LS).
„Szybka transmisja w przestrzeni kosmicznej to opcja połączenia świata lub może służyć jako zabezpieczenie w przypadku zerwania podwodnych kabli” – powiedział Kulmer. „Niemniej jest to także krok w kierunku nowego, taniego, szybkiego Internetu, który może połączyć wszystkie lokalizacje na całym świecie. W ten sposób może przyczynić się do zapewnienia stabilnego, szybkiego Internetu dla milionów ludzi, którzy obecnie nie mają dostępu do Internetu”.
Zalety i perspektywy na przyszłość modulatorów plazmonicznych
Modulatory plazmoniczne idealnie nadają się do łączy komunikacyjnych w przestrzeni kosmicznej, ponieważ są kompaktowe, a jednocześnie działają z dużymi prędkościami w szerokim zakresie temperatur przy niskim zużyciu energii.
W zewnętrznych eksperymentach optycznych w wolnej przestrzeni badacze osiągnęli szybkość transmisji danych do 424 Gbit/s poniżej progu SD FEC wynoszącego 25% – czyli punktu, w którym system może nadal naprawiać błędy w przesyłanych danych pomimo zakłóceń i szumów. Eksperymenty z użyciem plazmonicznego modulatora IQ w standardowym systemie światłowodowym pozwoliły uzyskać jeszcze wyższą przepustowość do 774 Gbit/s/pol, utrzymując się poniżej progu SD FEC wynoszącego 25%.
Na podstawie tych wyników naukowcy twierdzą, że połączenie modulatorów plazmonicznych ze spójną komunikacją optyczną w wolnej przestrzeni mogłoby pomóc w zwiększeniu ogólnej przepustowości, która potencjalnie osiągnie 1,4 Tbit/s. Odkrycia pokazują również, że korzystniej jest eksploatować łącza optyczne w wolnej przestrzeni przy najwyższych prędkościach, zamiast korzystać z formatów modulacji wyższego rzędu i niskich prędkości. Naukowcy twierdzą, że dzięki dodatkowym ulepszeniom w konstrukcji urządzenia i integracji fotoniki powinno być możliwe osiągnięcie szybkości przesyłania danych w ramach multipleksowania polaryzacyjnego powyżej 1 Tbit/s dla każdego kanału polaryzacji.
„W kolejnym kroku przetestujemy długoterminową niezawodność naszych urządzeń” – powiedział Kulmer. „Wykazano wysoką wydajność, ale musimy się upewnić, że będą mogły działać przez wiele lat w najtrudniejszych warunkach i przestrzeni”.
Spotkanie: Frontiers in Optics + Konferencja Laser Science
