Laseryhteyksiä avaruuteen

Avaruusmatkojen viestintä voi helpottua National Institute of Standards and Technologyn (NIST) ja Jet Propulsion Laboratoryn (JPL) tutkijoiden kehittämällä ilmaisinryhmällä, joka voi poimia aiempaa enemmän informaatiota yksittäisistä valohiukkasista.

Avaruuden optisessa viestinnässä laserin lähetteet suurien etäisyyksien taakse ovat hyvin niukkoja, joten signaalien pitää sisältää niin paljon infoa kuin mahdollista.

Vuonna 2011 NIST/JPL -yhteistyö kehitti yksittäisiä fotoneja laskevat volframi-silisidi nanolankailmaisimet viime vuoden lopulla tehtyyn kokeiluun kaksisuuntaisesta laserviestinnästä maan ulkopuoliselle kiertoradalle.

NASA:n Lunar Laser Communication Demonstraatiossa (LLCD) lähetettiin kuun kiertoradalta dataa maahan 622 megabittiä sekunnissa. Se on kuusi kertaa enemmän kuin parhaalla radiojärjestelmällä on saavutettu. Lisäksi järjestelmä on radiolaitteistoa pienempi ja vähemmän tehoa kuluttava.

Nyt kehitetty uusi NIST/JPL -sirumatriisi tunnistaa helposti tietyn yksittäisen fotonin aseman N x N -järjestelmässä absorboidessaan infrapunavalon fotonin. Avaruusviestinnän tulevaisuuden ratkaisu voisi olla modulaatio, jossa informaatio on koodattu paitsi fotonin saapumisaikaan nyt myös fotonin ilmaisinpaikan sijaintiin.

Kun nyt kehitetty malli voi laskea kymmeniä miljoonia fotoneja sekunnissa, niin tulevaisuudessa ratkaisu voidaan skaalata järjestelmäksi, joka kykenee laskemaan lähes miljardi fotonia sekunnissa.

Järjestelmän nanolankoihin perustuvat ilmaisimet on pidettävä kryogeenisissä lämpötiloissa jotta ne toimivat suprajohtavasti. WSi-ilmaisinlangat tuottavat fotonista sähköisen signaalin 90 prosentin hyötysuhteella.

Kompleksisen rivi- ja sarakevahvistimien luentatekniikan avulla neljän ilmaisimen järjestelmä toimi nyt neljällä langalla mutta tutkijat pyrkivät seuraavaksi luomaan 64-ilmaisimen ryhmän 16 langalla. Mitä vähemmän lankoja sitä vähemmän tarvitaan suprajäähdyttävää tekniikkaa.