Modulatory plazmoniczne mogą umożliwić komunikację kosmiczną o dużej przepustowości

Naukowcy osiągnęli szybkość transmisji danych sięgającą 424 Gbit/s w turbulentnym łączu optycznym w wolnej przestrzeni o długości 53 km, korzystając z modulatorów plazmonicznych — urządzeń wykorzystujących specjalne fale świetlne zwane polarytonami plazmonów powierzchniowych do kontrolowania i zmiany sygnałów optycznych. Nowe badania kładą podwaliny pod szybkie optyczne łącza komunikacyjne, które przesyłają dane na otwartej przestrzeni lub w przestrzeni kosmicznej.

Optyczne sieci komunikacyjne w wolnej przestrzeni mogłyby pomóc w eksploracji kosmosu, ponieważ mogą zapewnić szybką transmisję danych o dużej przepustowości przy niższych opóźnieniach i mniejszych zakłóceniach niż tradycyjne systemy komunikacji na częstotliwości radiowej. Może to prowadzić do efektywniejszego przesyłania danych, lepszej łączności i zwiększonych możliwości misji kosmicznych.

Laurenz Kulmer z grupy Leuthold z ETH Zurich zaprezentuje te badania na stronie: Granice w optyce + nauka o laserach (FiO LS), która odbędzie się w dniach 23–26 września 2024 r. w Colorado Convention Center w Denver.

„Szybka transmisja w przestrzeni kosmicznej może umożliwić połączenie świata lub może służyć jako zabezpieczenie w przypadku zerwania podwodnych kabli” – powiedział Kulmer. „Niemniej jednak jest to także krok w kierunku nowego, taniego, szybkiego Internetu, który może połączyć wszystkie lokalizacje na świecie. W ten sposób może przyczynić się do zapewnienia stabilnego, szybkiego Internetu dla milionów ludzi, którzy obecnie nie mają dostępu do Internetu”.

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 będziemy testować długoterminową niezawodność naszych urządzeń” – powiedział Kulmer. „Wykazano wysoką wydajność, ale musimy się upewnić, że będą mogły działać przez wiele lat w najtrudniejszych warunkach, w przestrzeni kosmicznej”.