宇宙用の高感度光受信機
宇宙での通信には、最大の到達距離を得るために可能な限り最も感度の高い受信機が必要ですが、高ビットレートの操作も必要です。受信機にほとんどノイズのない光プリアンプを使用したレーザービームベースの通信の概念が開発されました。自由空間光伝送システムは、位相敏感増幅器（PSA）と呼ばれる他のすべての既存の光増幅器とは対照的に、原則として過剰なノイズを追加しない光増幅器に依存しています。
この概念は、10ギガビット/秒のデータレートで情報ビットあたりわずか1光子の受信感度を示しています。このアプローチにより、長距離宇宙通信リンクの到達距離とデータレートが拡張され、深宇宙ミッションに存在するデータリターンのボトルネックが解消される可能性があります。
将来の高速リンクの到達距離と情報レートを大幅に向上させることは、衛星間通信と、光検出および測距（LiDAR）を使用した地球監視に大きな影響を及ぼします。このような高速データ接続用のシステムでは、高周波ビームではなく光レーザービームを使用することが増えています。これの主な理由は、ビームの発散が減少するため、ビームが伝播するときの電力の損失が光の波長で大幅に小さくなることです。
長距離では、光線も大きな損失を被ります。たとえば、地球から月に送信されるレーザービーム（約40万キロメートル）は、開口部のサイズが10 cmで、約80 dBの電力損失が発生します。つまり、1億分の1しか残りません。送信可能な電力は限られているため、可能な限り低い電力で送信された情報を回復できる受信機を用意することが非常に重要です。この感度は、エラーなしでデータを回復するために必要な情報ビットあたりの光子の最小数として定量化されます。
新しいアプローチでは、情報は信号波にエンコードされます。信号波は、さまざまな周波数のポンプ波とともに、非線形媒体で共役波（アイドラーと呼ばれます）を生成します。これらの3つの波は一緒に自由空間に打ち上げられます。受信ポイントでは、光ファイバに光を取り込むと、PSAは再生されたポンプ波を使用して信号を増幅します。増幅された信号は、従来の受信機で検出されます。
このシステムは、標準のエラー訂正コードでエンコードされた単純な変調フォーマットと、信号回復のためのデジタル信号処理を備えたコヒーレント受信機を使用します。この方法は、必要に応じてはるかに高いデータレートに簡単に拡張できます。また、室温で動作するため、地上だけでなく宇宙ターミナルにも実装できます。
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