O receptor mais sensível até hoje para captar sinais ópticos no espaço livre foi projetado e demonstrado por pesquisadores na Suécia.
Peter Andrekson e colegas da Chalmers University of Technology dizem que alcançaram essa sensibilidade “sem precedentes” de um fóton por bit de informação em seu receptor usando uma nova abordagem para preparação de sinal, combinada com amplificação praticamente sem ruído no receptor. Sua técnica pode ter implicações importantes para futuras missões espaciais.
Conforme as agências espaciais buscam expandir seu escopo de exploração e melhorar a produção de dados de seus satélites, os sistemas de comunicação baseados em rádio existentes estão lutando para acompanhar. Para permitir a operação em taxas de dados mais altas e transmissões em distâncias maiores, os sinais ópticos estão cada vez mais sendo considerados em ondas de rádio, devido às suas perdas de energia mais baixas durante a propagação. Ao mesmo tempo, as perdas podem ser substanciais nas vastas distâncias do espaço. Para obter taxas de transmissão mais altas usando o mínimo de fótons possível, os receptores com as sensibilidades mais altas possíveis são essenciais para o sucesso.
Para conseguir isso, a equipe de Andrekson apresenta uma nova configuração em que os dados são primeiro codificados em uma onda de luz de sinal e, em seguida, combinados com uma onda de luz de bomba contínua em uma frequência diferente. Quando essas ondas passam por uma fibra óptica não linear, elas geram uma terceira onda “mais lenta”. Depois disso, todas as três ondas são amplificadas para a potência de saída desejada e lançadas no espaço livre. Na extremidade receptora, o sinal esgotado é capturado em uma fibra óptica e, em seguida, amplificado por um amplificador óptico sensível à fase – um dispositivo único por adicionar quase nenhum ruído aos sinais. Finalmente, o sinal restaurado chega a um receptor convencional, onde a informação original pode ser recuperada.
Operação em temperatura ambiente
Atualmente, mesmo os mais sofisticados sistemas de comunicações ópticas de espaço livre só podem funcionar a velocidades abaixo de 1 Gb / s e requerem temperaturas ultracold para operar. Em contraste, o sistema projetado pela equipe de Andrekson alcançou uma sensibilidade de receptor de quase um fóton por bit de informação em temperatura ambiente, permitindo uma taxa de transmissão de dados de até 10,5 Gb / s. Além disso, o sistema depende de técnicas diretas para modulação de sinal, processamento e cálculo de erro. Isso significa que ele pode ser facilmente ampliado para acomodar taxas de dados mais altas.
Por meio de cálculos teóricos adicionais da sensibilidade de sua técnica, Andrekson e colegas concluíram que é a melhor abordagem possível para a transmissão em uma ampla gama de taxas de dados. Se integrado aos sistemas de comunicação de missões espaciais reais no futuro, sua abordagem poderia acelerar a transição de sinais de rádio para ópticos para transmissões em grandes distâncias. Isso poderia levar a melhorias operacionais para futuras missões a partes distantes do sistema solar; as transferências de dados entre satélites; e o monitoramento da superfície da Terra usando a técnica óptica LIDAR.
Publicado em 20/10/2020 16h43
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