Optisk kommunikation i deep space - Steen Eiler Jørgensen

silicium.dk

Optisk kommunikation i deep space - Steen Eiler Jørgensen

86 Konklusion

ikke kan kommunikeres, mens der observeres, og vice versa. Det vil sandsynligvis

også medføre en forøgelse af mængden af kold gas til attitude-thrustere ombord,

hvis Bering skal drejes, hver gang den skal skifte mellem kommunikation og

observation. Derudover er det formodentlig uheldigt at designe et rumfartøj, så

det rutinemæssigt, med vilje, skal dreje sin high-gain-antenne væk fra Jorden.

Det er dog muligt at konstruere et separat teleskop til kommunikation. Dette

behøver ikke besidde det astronomiske teleskops fine kvalitet, da det ikke er

meget vigtigt at bekymre sig om kvalitet og fasefejl, når man anvender direkte

detektion. Et sådant teleskop kaldes en “fotonspand” (eng. “photon bucket”),

og er følgelig langt billigere at producere end et astronomisk teleskop, og vil

muligvis også have en lavere vægt.

11.2 Optisk kommunikation i rummet

Generelt bør der arbejdes på at øge kvanteeffektiviteten af avalanche-fotodioder,

sænke mørkestrømmen, og konstruere transkonduktansforstærkere med stadigt

lavere parasitisk kapacitans.

En af de mest interessante – og mest lovende – muligheder for at forbedre

ydeevnen er først og fremmest at anvende kohærent detektion. Ved kohærent

detektion blandes det indkommende signal med lys fra en lokal laser, hvilket øger

signal-støj-forholdet væsentligt, da man opnår et konversionsgain, som stort

set kan reguleres vilkårligt. Heterodyn detektion af optiske signaler er i dag

meget tæt på kvantegrænsen. Det skønnes 1 , at SNR vil kunne forbedres 20−30

dB ved anvendelsen af kohærent kommunikation. Kohærent detektion er dog

kompliceret, da det stiller meget høje krav til kvaliteten af dels laserne, både

den transmitterende og den, der anvendes som lokaloscillator, dels det optiske

system, der formidler signalerne.

En umiddelbart attraktiv mulighed ville være at forstærke det optiske signal

inden detektion, f.eks. vha. en erbium-doteret fiberforstærker. Disse anvendes

i vid udstrækning kommercielt, både som forforstærkere før detektion og som

linjeforstærkere, men er desværre behæftet med støj (shot noise), pga. spontan

emission. Støjtallet for en sådan forstærker kan – teoretisk set – blive så lavt

som 3 dB, men ligger i virkeligheden i dag omkring 4−4,5 dB. Selvom erbiumdoterede

fiberforstærkere indebærer en forringelse af signal-støj-forholdet, er de

værd at tage med i overvejelserne ved design af et optisk kommunikationssystem

til brug i rummet.

Ved fotontælling er det muligt at udskille modtagerstøj fra shot noise vha.

pulshøjdeanalyse, da disse to støjtyper ikke forekommer med samme intensitet.

Det er dog en langsommelig proces, som lægger en begrænsning på båndbredden.

Dog har kommunikation med op til 45 Mbit/s været demonstreret vha. en “pulsebiased”

Si-APD.[34]

Der forskes i dag meget i kvantekommunikation og “entanglement”, især i

forbindelse med teleportation. Selvom forskning i entanglement og teleportation

primært synes at medføre nye, interessante muligheder inden for kodning og

kryptering (primært over korte distancer og ved lave bitrater), er det muligvis

1 Kilde: Palle Jeppesen, Professor Dr. Techn., COM, DTU.

More magazines by this user
Similar magazines