Forskare på Chalmers skapat ett system som kan leda till bättre rymdkommunikation. Systemet innehåller bland annat en rekordkänslig mottagare som kan ta emot bilder och filmer från rymden utan att så mycket information går till spillo.
System för rymdkommunikation baseras allt oftare på optiska laserstrålar i stället för på radiovågor. Signalens effektförlust har visat sig vara mindre när ljus används för att bära information över mycket långa avstånd.
Men även information som förs fram av ljus tappar i effekt under resans gång. Optiska system för rymdkommunikation kräver därför oerhört känsliga mottagare, förmögna att känna av signaler som kraftigt försvagats innan de når jorden.
Bättre överföring
Chalmersforskare har nu tagit fram ett nytt koncept för optisk rymdkommunikation, med en mottagare som är mycket känslig.
– Det innebär att man kan få en snabbare och mer felfri informationsöverföring över mycket långa avstånd, när man till exempel vill skicka högupplösta bilder eller filmer från månen eller Mars till jorden, säger Peter Andrekson, professor i fotonik vid Chalmers.
Precis som skenet hos en ficklampa vidgas ljuset från sändaren och försvagas med avståndet. Utan förstärkning är signalen så svag efter rymdfärden att den dränks i det elektroniska bruset hos mottagaren.
Forskarnas kommunikationssystem använder en optisk förstärkare i mottagaren som med minsta möjliga brus förstärker signalen så att dess information kan återvinnas. Redan för några år sedan kunde forskarlaget på Chalmers visa upp en brusfri optisk förstärkare. Men hittills har förstärkaren inte kunnat användas praktiskt, eftersom den har ställt helt nya krav på både sändare och mottagare.
Trångt i rymdsond
En utmaning är att en rymdsond har begränsade resurser och ett minimalt utrymme, vilket innebär att sändaren måste vara så enkel som möjligt.
Genom att låta mottagaren på jorden generera två av de tre ljusfrekvenser som behövs för brusfri förstärkning, och samtidigt låta sändaren generera endast en frekvens, har Chalmersforskarna för första gången kunnat sätta in den brusfria förstärkaren i ett optiskt kommunikationssystem. Resultaten visar en hyperkänslig mottagning med en sändare som är betydligt mindre komplex än tidigare.
Så funkar systemet
I Chalmersforskarnas kommunikationssystem kan en svag optisk signal (röd) från rymdsondens sändare förstärkas brusfritt när den möter två så kallade pumpvågor (blå och grön) av olika frekvens i en mottagare på jorden.
Via den brusfria förstärkaren i mottagaren hålls signalen ostörd och mottagandet på jorden blir rekordkänsligt. Det kan i sin tur bana väg för en snabbare och mer felfri dataöverföring i rymden framöver.
Den känsliga optiska förstärkaren genererar i princip inte något extra brus. Det bidrar till en känsligare mottagare och att felfri dataöverföring uppnås även när effekten hos signalen är lägre, säger Rasmus Larsson, forskare i fotonik vid Chalmers.
– Genom att generera två extra vågor av olika frekvens i mottagaren, snarare än som tidigare i sändaren, kan nu en konventionell lasersändare med en våg användas för att implementera förstärkaren. Vår förenkling av sändaren innebär på så vis att redan existerande optiska sändare ombord på satelliter och sonder skulle kunna användas tillsammans med den brusfria förstärkaren i en mottagare på jorden.
Nästa steg för forskarna är att testa systemet, först på jorden och senare i kommunikationslänkar mellan en satellit och jorden.
Vetenskaplig artikel:
Ultralow noise preamplified optical receiver using conventional single wavelength transmission, Optica.
