Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Truyền thông trong không gian yêu cầu các máy thu nhạy nhất có thể để đạt được phạm vi tiếp cận tối đa, đồng thời cũng yêu cầu các hoạt động tốc độ bit cao. Các nhà nghiên cứu mới đây đã chứng minh một khái niệm mới về truyền thông dựa trên chùm tia laze, sử dụng bộ tiền khuếch đại quang học gần như không có tiếng ồn trong máy thu.
Truyền thông trong không gian yêu cầu các máy thu nhạy nhất có thể để đạt được phạm vi tiếp cận tối đa, đồng thời cũng yêu cầu các hoạt động tốc độ bit cao. Một khái niệm mới về truyền thông dựa trên chùm tia la-de, sử dụng bộ tiền khuếch đại quang học gần như không có tiếng ồn trong bộ thu, đã được các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Chalmers, Thụy Điển chứng minh gần đây.
Trong một bài báo mới được xuất bản trên tạp chí khoa học Nature: Light Science & Applications , một nhóm các nhà nghiên cứu mô tả một hệ thống truyền dẫn quang học trong không gian tự do dựa trên một bộ khuếch đại quang học, về nguyên tắc, không thêm bất kỳ tiếng ồn dư thừa nào – ngược lại với các bộ khuếch đại quang học khác đã có từ trước, được gọi là bộ khuếch đại nhạy pha (PSA).
Khái niệm mới của các nhà nghiên cứu thể hiện độ nhạy máy thu chưa từng có chỉ một photon trên mỗi bit thông tin với tốc độ dữ liệu 10 gigabit / giây.
“Kết quả của chúng tôi cho thấy khả năng tồn tại của cách tiếp cận mới này trong việc mở rộng phạm vi tiếp cận và tốc độ dữ liệu trong các liên kết truyền thông không gian khoảng cách xa. Do đó, nó cũng hứa hẹn sẽ giúp vượt qua nút thắt cổ chai trả về dữ liệu ngày nay trong các sứ mệnh không gian sâu”, Giáo sư Peter Andrekson, người đứng đầu nhóm nghiên cứu và là tác giả của bài báo cùng với Tiến sĩ Ravikiran Kakarla và nhà nghiên cứu cấp cao Jochen Schröder tại Khoa Công nghệ Vi mô và Khoa học nano tại Đại học Công nghệ Chalmers, cho biết.
Việc tăng đáng kể phạm vi tiếp cận và tỷ lệ thông tin cho các liên kết tốc độ cao trong tương lai sẽ có ý nghĩa lớn đối với các công nghệ như liên lạc giữa các vệ tinh, các sứ mệnh không gian sâu và giám sát trái đất với phát hiện và phạm vi ánh sáng (Lidar). Các hệ thống kết nối dữ liệu tốc độ cao như vậy đang ngày càng sử dụng chùm tia laser quang học hơn là chùm tia tần số vô tuyến. Lý do chính cho điều này là sự mất mát công suất khi chùm truyền đi về cơ bản nhỏ hơn đáng kể ở các bước sóng ánh sáng, do độ phân kỳ của chùm tia bị giảm.
Tuy nhiên trong khoảng cách xa, chùm sáng cũng bị suy hao lớn. Ví dụ, một chùm tia laser được gửi từ Trái đất đến Mặt trăng – khoảng 400.000 km – với kích thước khẩu độ 10 cm, sẽ bị mất công suất khoảng 80 dB, có nghĩa là chỉ 1 phần trong 100 triệu sẽ còn lại. Vì công suất truyền có giới hạn, điều quan trọng là phải có các bộ thu có thể khôi phục thông tin được gửi với công suất nhận được càng thấp càng tốt. Độ nhạy này được định lượng là số lượng photon tối thiểu trên mỗi bit thông tin cần thiết để khôi phục dữ liệu mà không bị lỗi.
Theo khái niệm mới của Chalmers, thông tin được mã hóa thành sóng tín hiệu, sóng này cùng với sóng bơm ở tần số khác nhau tạo ra sóng liên hợp (được gọi là sóng không tải) trong môi trường phi tuyến. Ba sóng này được phóng cùng nhau vào vùng không gian trống. Tại điểm nhận, sau khi bắt được ánh sáng trong sợi quang, PSA sẽ khuếch đại tín hiệu bằng cách sử dụng sóng bơm tái tạo. Tín hiệu khuếch đại sau đó được phát hiện trong một máy thu thông thường.
Peter Andrekson cho biết: “Cách tiếp cận này về cơ bản dẫn đến độ nhạy tốt nhất có thể của bất kỳ máy thu quang tiền khuếch đại nào và cũng vượt trội hơn tất cả các công nghệ máy thu hiện đại nhất hiện nay.”
Hệ thống sử dụng định dạng điều chế đơn giản được mã hóa với mã sửa lỗi tiêu chuẩn và bộ thu kết hợp với xử lý tín hiệu số để khôi phục tín hiệu. Phương pháp này có thể mở rộng đơn giản đến tốc độ dữ liệu cao hơn nhiều nếu cần. Nó cũng hoạt động ở nhiệt độ phòng, có nghĩa là nó có thể được thực hiện trong các thiết bị đầu cuối không gian và không chỉ trên mặt đất.
Các giới hạn về độ nhạy lý thuyết của phương pháp này cũng được thảo luận trong bài báo và so với các phương pháp hiện có khác, với kết luận rằng phương pháp mới về cơ bản là tốt nhất có thể cho một phạm vi rất rộng của tốc độ dữ liệu.
Nguồn truyện:
Tài liệu do Đại học Công nghệ Chalmers cung cấp . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.
Tham khảo Tạp chí :