Die Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung im freien Weltraum verbessert die Konnektivität für Weltraummissionen. Forscher der ETH Zürich haben plasmonische Modulatoren eingesetzt, um rekordverdächtige Datenübertragungsgeschwindigkeiten zu erreichen, was einen Aufschwung für die Weltraumkommunikation und möglicherweise einen globalen Hochgeschwindigkeits-Internetzugang verspricht. Die Übertragungsgeschwindigkeit dieser Technologie könnte 1,4 Tbit/s erreichen, was die Art und Weise verändern wird, wie die Welt vernetzt ist.
Die Wissenschaftler verwendeten plasmonische Modulatoren – Geräte, die spezielle Lichtwellen, sogenannte Oberflächenplasmonpolaritonen, verwenden, um optische Signale zu steuern und zu modifizieren –, um Datenübertragungsraten von bis zu 424 Gbit/s über eine turbulente optische Freiraumverbindung von bis zu 53 Kilometern (33 Meilen) Länge zu erreichen. Die neue Forschung legt den Grundstein für optische Hochgeschwindigkeitskommunikationsverbindungen zur Datenübertragung im Freien oder im Weltraum.
Im Vergleich zu herkömmlichen Hochfrequenz-Kommunikationssystemen können optische Freiraum-Kommunikationsnetze eine Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung mit hoher Kapazität, geringerer Latenz und weniger Interferenzen ermöglichen und so der Weltraumforschung zugute kommen. Dies wird die Effizienz der Datenübertragung erhöhen, die Konnektivität verbessern und die Fähigkeiten von Weltraummissionen verbessern.
Laurenz Kulmer von der Leuthold-Gruppe der ETH Zürich stellte die Forschung auf der Konferenz Frontiers in Optics and Laser Science (FiOLS) vor.
„Hochgeschwindigkeits-Freiraumübertragung ist eine Option, um die Welt zu verbinden und als Backup zu dienen, wenn Unterwasserkabel kaputt gehen“, sagte Coulmer. „Aber es ist auch ein Schritt in Richtung eines neuen, erschwinglichen Hochgeschwindigkeitsinternets, das die Welt verbindet. Auf diese Weise kann es Millionen von Menschen, die derzeit keinen Internetzugang haben, ein stabiles Hochgeschwindigkeitsinternet bieten.“
Plasmamodulatoren sind ideal für Kommunikationsverbindungen im Weltraum, da sie kompakt sind und über einen weiten Temperaturbereich mit hoher Geschwindigkeit und geringem Energieverbrauch arbeiten können.
In Outdoor-Experimenten mit Freiraumoptik erreichten die Forscher Informationsübertragungsraten von bis zu 424 Gbit/s und lagen damit unter der 25 % SDFEC-Schwelle – einer Schwelle, unter der das System Fehler in übertragenen Daten trotz Interferenzen oder Rauschen reparieren kann. Experimente mit einem plasmonischen IQ-Modulator in einem Standard-Glasfasersystem erzielten einen höheren Durchsatz von bis zu 774 Gbit/s/pol und blieben gleichzeitig unter dem SDFEC-Schwellenwert von 25 %.
Basierend auf diesen Ergebnissen sagen die Forscher, dass die Kombination von plasmonischen Modulatoren mit kohärenter optischer Freiraumkommunikation dazu beitragen könnte, den Gesamtdurchsatz zu steigern und möglicherweise Geschwindigkeiten von 1,4 Tbit/s zu erreichen. Die Ergebnisse zeigen auch, dass der Betrieb optischer Freiraumverbindungen mit höchsten Geschwindigkeiten vorteilhafter ist als die Verwendung von Modulationsformaten höherer Ordnung und Verbindungen mit niedrigerer Geschwindigkeit. Die Forscher sagen, dass mit weiteren Verbesserungen im Gerätedesign und der photonischen Integration polarisationsmultiplexierte Datenübertragungsraten von mehr als 1 Tbit/s pro Polarisationskanal möglich sein sollten.
„Im nächsten Schritt werden wir die langfristige Zuverlässigkeit unserer Ausrüstung testen“, sagte Coulmer. „Die Hochgeschwindigkeitsleistung ist bereits vorhanden, aber wir müssen sicherstellen, dass sie viele Jahre lang in der härtesten Umgebung – dem Weltraum – betrieben werden können.“
Zusammengestellt von/SciTechDaily