Optisk kommunikation i deep space - Steen Eiler Jørgensen

Kapitel 5
Optisk kommunikation
Fordele ved optisk kommunikation hænger primært sammen med den langt højere
frekvens. Ved at betragte linkbudgetligningen (formel 4.14) ser man, at
frekvensen indgår tre steder: to gange i form af antennegains (sender- og modtagerantenne)
samt i strækningsdæmpningen. Dette giver sig udslag i en forbedring
af Eb/N0 på 6 dB, hver gang frekvensen fordobles. Ved overgangen fra
radiobølger til lys foretages mindst 12 frekvensfordoblinger, hvilket svarer til en
forbedring af linket på 72 dB.
Læg mærke til, at dette naturligvis kun gælder for aperturantenner, for
fastholdt aperturdiameter, dvs. parabolantenner i radioområdet og optiske teleskoper
i det optiske område. Mens der næppe er anvendelige alternativer i
det optiske område, anvendes ofte omnidirektionelle antenner i radioområdet,
eller antenner med udstrålingsdiagrammer væsentligt forskellige fra parabolantenner.
Et sådant link vil naturligvis ikke opleve en 6 dB forbedring af SNR pr.
frekvensfordobling.
5.1 Højere rumlig koncentration
Når elektromagnetiske bølger udsendes fra en aperturantenne, vil de divergere,
dvs. feltstyrken eller intensiteten aftager med afstanden, efterhånden som de
udsendte stråler breder sig mere og mere ud. Signalerne udbreder sig i en kegle
fra senderantennen, og divergensvinklen er givet ved ([23], s. 116)
θ = 4λ
πω
[rad] (5.1)
hvor λ er bølgelængden og ω er antennens udgangsdiameter.
Anvendes f.eks., når Jorden og Mars er tættest på hinanden, et 32 GHz-link
fra Mars til Jorden, og en senderantenne på Mars med en diameter på 0,25 m,
vil beamet, når det ankommer til Jorden, have en diameter på 7,5 mio. km, dvs.
knap 600 gange større end Jordens diameter. Det er derfor ikke nødvendigt med
en meget nøjagtig indstilling af senderantennen – bare den peger nogenlunde i
retning af Jorden.
I skærende kontrast til dette står det optiske link. Anvendes en frekvensdoblet
Nd:YAG-laser på 532 nm, og en senderantenne med samme diameter
35