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先进光学接收器用于空间通信

空间通信要求尽可能灵敏接收器以实现最大覆盖,同时需高比特率操作。开发一种基于激光束通信概念,在接收端使用近乎无噪声光学前置放大器。自由空间光传输系统依赖原则上不增加额外噪声的光放大器,区别于所有现有称为相位敏感放大器(PSA)的前置光放大器。

该概念展示接收灵敏度仅每信息比特一个光子,数据率10 Gbps。该方法可延伸远距离空间通信链路覆盖和数据率,可消除深空任务存在的数据返回瓶颈。

大幅增加未来高速链路覆盖和信息率,对星间通信和激光雷达(LiDAR)地球监测有重大影响。此类高速数据连接系统越来越多用光学激光束而非射频束。关键原因:光波长下光束传播功率损耗显著更小,因光束发散减小。

长距离光束也经历大损耗;例如从地球发射激光束到月球——约40万公里——10厘米孔径将经历约80 dB功率损耗,意即仅百万分之一保留。因可传输功率有限,拥有能以尽可能低接收功率恢复发送信息的接收器至关重要。此灵敏度量化为无误恢复数据所需每信息比特最小光子数。

新方法中,信息编码到信号波,连同不同频率泵浦波,在非线性介质产生共轭波(称闲模子)。这三波共同发射入自由空间。接收端捕获光入光纤后,PSA用再生泵浦波放大信号。放大信号再在常规接收器检测。

系统用简单调制格式配合标准纠错码,相干接收器配合数字信号处理恢复信号。此方法直接可扩展至更高数据率。也在室温工作,意味着可实现于空间终端,不仅地面。

传感器

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