アルパインの補償光学実験がテラビットへの道を開く

スイスの研究者らは、53キロメートル離れたアルプスの山頂とベルン大学の天文台の間で、10テラビット/秒を超える速度で光データを送受信した。 これは、衛星と地上の通信リンクを確立するのに必要な距離の 5 倍以上であり、研究チームは、この方法を使用すれば、地球に近い軌道にある衛星群に対して、より高速でコスト効率の高いインターネット接続を確立できる可能性があると述べています。 。

SpaceX の Starlink (地球の近くを周回する 2,000 個以上の衛星のネットワーク) などの衛星群システムは、宇宙ベースのレーザー通信を介して世界にインターネット アクセスをもたらすことを約束しています。 その原理は、現代のインターネットのバックボーンを構成する光ファイバーケーブル技術にアクセスできない地域が、代わりに衛星を介して光ネットワークに接続できるようになるということです。

現在、衛星と地上局間のデータ伝送は主に無線周波数技術に依存しています。無線周波数技術は電磁スペクトルのマイクロ波範囲で動作し、波長は数センチメートルです。 対照的に、レーザー光学システムは近赤外線範囲で動作し、そのミクロンスケールの波長は電波よりも約 10,000 分の 1 です。 これにより、同じ時間内により多くのデータを転送できるようになります。 実際、これまでのいくつかの実験では、自由空間光通信技術が単一チャネルで最大 10 km の距離で 100 Gbit/s の速度で、最大 3 m の距離で 1 Tbit/s の速度でデータを送信できることが示されています。

欠点は、このようなシステムは高度な高次変調フォーマットに依存しているため、比較的短い距離でのみ可能な高い信号対雑音比を必要とすることです。 将来の衛星リンクでは、500 ギガビット/秒以上のさらに高いデータ レートも必要になります。

新しい研究では、チューリッヒ工科大学情報技術電気工学部（D-ITET）の責任者であるユルク・ロイトルト氏が率いる研究者らが、ユングフラウヨッホの高地研究ステーションとツィマーヴァルト天文台の間に衛星光通信リンクを確立した。ベルン近郊。 そうすることで、彼らは、通常は光波の動き、ひいてはデータの送信に悪影響を与える大気の乱流中をレーザービームが効率的に伝播できることを示しました。

研究者らは、単一の「シンボル」にエンコードされたさまざまな状態を受信機が検出できるようにレーザーの光波を変調することでこの偉業を達成した。 これは、各シンボルが複数のビットの情報を送信できることを意味します。 たとえば、16 の状態を含む方式では光波の各発振で 4 ビットを送信できますが、64 の状態を含む方式では 6 ビットを送信できます。

「いくつかの重要な要素がこの成功を可能にしました」と研究主任著者のヤニク・ホースト氏は述べています。 送信機側では、偏波多重64直交振幅変調(64-QAM)などのコヒーレント変調フォーマットを使用して、電力効率の高い方法で情報をエンコードしていると同氏は説明する。 その後、非常に高い精度 (数十マイクロラジアン) で天文台の受信機の方向に送信します。 最後に、光が 53 km の乱気流を通過した後、受信局の補償光学システムが電磁波の位相面誤差を補正します。

「補償光学により、光ファイバー内の信号が最大 300 倍強くなります」とホルスト氏は Physics World に語ります。 「この改善は、高い受信感度を備えた光学ビルディングブロックのおかげでもあります。エラーのないデータ送信には、ビットあたりわずか数個の光子しか必要としません。」

分別のある

ホルスト氏らは、彼らの新技術により、無線周波数技術で実現できるよりもはるかに高い、チャンネル当たりの非常に高いデータレートを達成できる光技術に基づく衛星と地球、および衛星間の通信リンクに一歩近づくことができるはずだと述べている。 このようなリンクは、いつか地上ファイバー ネットワークのバックボーンとして機能し、最終的には光ファイバーなどの主流の通信技術の導入が不可能な地域で「接続されていないものを接続する」可能性があります。