在太空探索中，远距离光学链路现在可以用来通过光将图像、电影和数据从太空探测器传输到地球。但是为了确保信号能够到达目的地，并在途中不被干扰，需要极其敏感的接收器和无噪声放大器。现在，瑞典查尔梅斯理工大学的研究人员创建了一个系统，通过一个无声放大器和记录灵敏的接收器，为更快和更好的太空通信铺平了道路。
在太空探索中，远距离光学链路现在可以用来通过光将图像、电影和数据从太空探测器传输到地球。但是为了确保信号能够到达目的地，并在途中不被干扰，需要极其敏感的接收器和无噪声放大器。现在，瑞典查尔梅斯理工大学的研究人员创建了一个系统，通过一个无声放大器和记录灵敏的接收器，为更快和更好的太空通信铺平了道路。
太空通信系统越来越多地基于光学激光束而不是无线电波，因为在长距离传输信息时，使用光的信号损失被证明更小。但是，即使是通过光传输的信息也会在旅途中失去能量，因此太空通信的光学系统需要极其敏感的接收器，能够感知到在到达地球之前已经大大减弱的信号。查尔梅斯研究人员的光学太空通信概念为太空中的新通信机会和发现打开了大门。
“我们可以展示一个新的光通信系统，其接收器的敏感度超过了以往在高速数据率下的演示。这意味着你可以在非常长的距离上更快且更无误地传输信息，例如当你想从月球或火星向地球发送高分辨率图像或视频时。”查尔梅斯光子学教授以及这项最近在科学期刊Optica上发表的研究的主要作者之一彼得·安德雷克森说道。
简化发射器的无声放大器改善了通信
研究人员的通信系统在接收器中使用光学放大器，以最小的噪声放大信号，使其信息能够被回收。就像手电筒的光芒一样，发射器的光在距离上扩展和减弱。如果没有放大，信号在太空飞行后会变得如此微弱，以至于被接收器的电子噪声淹没。在经历了二十年的对扰动噪声的斗争后，查尔梅斯的研究团队几年前能够展示一种无噪声光放大器。但直到现在，这种无声放大器在光通信链路中仍未能得到实际应用，因为它对发射器和接收器提出了全新的、更复杂的要求。
由于太空探测器上的资源有限且空间极小，发射器尽可能简单非常重要。通过让地球上的接收器生成噪声无放大所需的三种光频率中的两种，同时让发射器仅生成一种频率，查尔梅斯的研究人员首次将无噪声放大器实施到光通信系统中。结果显示出卓越的灵敏度，同时发射器的复杂性适度。
“这个相位敏感光放大器原则上不会产生额外的噪声，这有助于更敏感的接收器，并且即使信号功率较低也能实现无误的数据传输。通过在接收器中生成两种不同频率的额外波，而不是如之前在发射器中生成，可以现在使用传统的单波激光发射器来实施放大器。我们对发射器的简化意味着已有的光发射器可以与地球上的无噪声放大器一起使用，”查尔梅斯光子学博士后研究员及本研究的主要作者之一拉斯穆斯·拉尔松说道。
能够解决问题瓶颈
这一进展意味着研究人员的无声放大器最终可以在太空与地球之间的通信链路中实际使用。因此，该系统预计将有助于解决目前太空机构面临的一个著名的瓶颈问题。
美国宇航局谈到“科学回报瓶颈”，在这里，从太空到地球的科学数据采集速度是阻碍链条的一个因素。“我们相信我们的系统是朝着解决这个瓶颈的实际解决方案迈出的重要一步。”彼得·安德雷克森说道。
研究人员的下一步是测试在地球进行现场研究期间实施了放大器的光通信系统，随后还将在卫星与地球之间的通信链路中进行测试。
该技术的发展在查尔梅斯理工大学进行，研究得到了瑞典研究委员会的资助。
