Penerima Optik Canggih untuk Komunikasi Antariksa
Komunikasi di luar angkasa membutuhkan penerima yang sensitif mungkin untuk jangkauan maksimum, sambil juga memerlukan operasi laju bit tinggi. Sebuah konsep untuk komunikasi berbasis sinar laser menggunakan preamplifier optik hampir tanpa bisau di penerima telah dikembangkan. Sistem transmisi optik ruang bebas bergantung pada amplifier optik yang, dalam prinsipnya, tidak menambahkan bisau berlebihan apa pun, berkontras dengan semua amplifier optik yang sudah ada sebelumnya yang dikenal sebagai amplifier sensitif fasa (PSA).
Konsep ini menunjukkan sensitivitas penerima hanya satu foton per bit informasi pada laju data 10 gigabit per detik. Pendekatan ini dapat memperluas jangkauan dan laju data dalam tautan komunikasi jarak jauh luar angkasa dan dapat menghilangkan bottleneck pengembalian data yang ada dalam misi angkasa dalam.
Meningkatkan secara substansial jangkauan dan laju informasi untuk tautan kecepatan tinggi di masa depan akan memiliki implikasi besar untuk komunikasi inter-satelit dan pemantauan Bumi dengan deteksi dan pengukuran jarak cahaya (LiDAR). Sistem untuk koneksi data kecepatan tinggi semakin banyak menggunakan sinar laser optik daripada sinar radio frekuensi. Alasan kunci untuk ini adalah bahwa kehilangan daya saat sinar menyebar jauh lebih kecil pada panjang gelombang cahaya, karena divergensi sinar dikurangi.
Pada jarak jauh, sinar cahaya juga mengalami kehilangan yang besar; misalnya, sinar laser yang dikirim dari Bumi ke Bulan — sekitar 400.000 kilometer — dengan ukuran lubang 10 cm akan mengalami kehilangan daya sekitar 80 dB, berarti hanya 1 bagian dari 100 juta yang akan tersisa. Karena daya yang dapat ditransmisikan terbatas, sangat penting untuk memiliki penerima yang dapat memulihkan informasi yang dikirim dengan daya yang diterima seend mungkin. Sensitivitas ini diukur sebagai jumlah minimum foton per bit informasi yang diperlukan untuk memulihkan data tanpa kesalahan.
Dalam pendekatan baru, informasi dienkode pada gelombang sinyal, yang bersama dengan gelombang pompa pada frekuensi yang berbeda, menghasilkan gelombang terkonjugasi (disebut idler) dalam medium nonlinier. Ketiga gelombang ini diluncurkan bersama-sama ke ruang bebas. Di titik penerimaan, setelah menangkap cahaya dalam serat optik, PSA memperkuat sinyal menggunakan gelombang pompa yang diregenerasi. Sinyal yang diperkuat kemudian dideteksi dalam penerima konvensional.
Sistem menggunakan format modulasi sederhana yang dienkode dengan kode koreksi kesalahan standar dan penerima koheren dengan pemrosesan sinyal digital untuk pemulihan sinyal. Metode ini dapat diskalakan dengan mudah ke laju data yang jauh lebih tinggi jika diperlukan. Ini juga beroperasi pada suhu ruang, artinya dapat diimplementasikan di terminal luar angkasa dan tidak hanya di tanah.
