光学放大器和记录敏感接收器为更快的空间通信铺平了道路

在太空探索中，长距离光链路现在可用于将图像、影片和数据从太空探测器通过光传输到地球。但为了使信号能够全程到达且在途中不受干扰，需要超灵敏的接收器和无噪声放大器。

现在，瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员发明了一种系统，该系统采用静音放大器和记录敏感接收器，为更快、更完善的太空通信铺平了道路。

他们的研究成果“采用传统单波长传输的超低噪声预放大光接收器”发表在《Optica》杂志上。

太空通信系统越来越多地基于光学激光束而非电波，因为事实证明，当使用光在很长的距离上传输信息时，信号损失较少。但即使是光携带的信息也会在旅途中损失其能量，因此太空通信的光学系统需要极其灵敏的接收器，能够感知在最终到达地球之前已经大大减弱的信号。

查尔姆斯大学研究人员提出的光学空间通信概念为太空领域开辟了新的通信机会和发现。

“我们可以演示一种新的光通信系统，其接收器比以前演示的高数据速率接收器更灵敏。这意味着你可以在非常远的距离内获得更快、更无错误的信息传输，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，”查尔姆斯大学光子学教授、这项研究的主要作者之一彼得·安德烈克森(PeterAndrekson)说。

带有简化的静音放大器改善了通信

研究人员的通信系统在接收器中使用了一个光放大器，它以尽可能少的噪声放大信号，以便可以重复利用其信息。

就像手电筒的光芒一样，发出的光会随着距离的增加而变宽变弱。如果没有放大，太空飞行后的信号会非常微弱，以至于被接收器的电子噪声淹没。

经过20年与干扰信号的噪声斗争，查尔姆斯理工大学的研究团队终于在几年前展示了一款无噪声光放大器。但到目前为止，这款无噪声放大器尚未在光通信链路中得到实际应用，因为它对和接收器提出了全新的、更为复杂的要求。

由于太空探测器上的资源有限且空间狭小，因此尽可能简单非常重要。

通过让地球上的接收器产生无噪声放大所需的三种光频率中的两种，同时让只产生一种频率，查尔姆斯大学的研究人员首次能够在光通信系统中实现无噪声放大器。结果显示，其灵敏度非常出色，而的复杂性却很低。

查尔姆斯大学光子学博士后研究员、该研究的主要作者之一拉斯穆斯·拉尔森(RasmusLarsson)表示：“这种相敏光放大器原则上不会产生任何额外噪声，这有助于提高接收器的灵敏度，即使信号功率较低，也能实现无差错的数据传输。”

“通过在接收器中生成两个不同频率的额外波，而不是像以前在中那样，现在可以使用具有一个波的传统激光来实现放大器。我们对的简化意味着卫星和探测器上现有的光学可以与地球上接收器中的无噪声放大器一起使用。”

可以解决瓶颈问题

这项进展意味着研究人员的静音放大器最终可以实际用于太空与地球之间的通信链路。因此，该系统有望为解决当今航天机构之间众所周知的瓶颈问题做出贡献。

“NASA谈到了&luo;科学回传瓶颈&ruo;，而从太空到地球收集科学数据的速度是构成链条障碍的一个因素。我们相信，我们的系统是朝着解决这一瓶颈的实际解决方案迈出的重要一步，”PeterAndrekson说。

研究人员的下一步是在地球上的实地研究期间测试带有实施放大器的光通信系统，随后还在卫星和地球之间的通信链路中测试该光通信系统。

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