革新空间通信:利用尖端等离子体技术实现424Gbit/s

诸平

Fig. 1 ETH Zurich’s breakthrough in using plasmonic modulators has achieved speeds up to 424Gbit/s, offering new possibilities for space communication and global internet access with potential speeds up to 1.4 Tbit/s. Credit: SciTechDaily.com

Fig. 2 Experimental setup of the FSO outdoor experiments. Tunable laser source (TLS), driving amplifier (DA), arbitrary waveform generator (AWG), transmitter digital signal processing (Tx-DSP), erbium-doped fiber amplifier (EDFA), bandpass filter (BPF), optical spectrum analyzer (OSA), polarization division multiplexing emulator (PDM), high power optical amplifier (HPOA), real time controller (RTC), deformable mirror (DFM), wavefront sensor (WFS), optical power meter (OPM), local oscillator (LO), balanced photodetector (BPD), digital storage oscilloscope (DSO), receiver digital signal processing (Rx-DSP). Credit: Laurenz Kulmer, ETH Zurich

据Optica 2024年10月7日提供的消息，革新空间通信:利用尖端等离子体技术实现424 Gbit/s（Revolutionizing Space Communication: 424Gbit/s Achieved With Cutting-Edge Plasmonic Tech）。Optica是全球先进光学和光子学（Advancing Optics and Photonics Worldwide），是一个致力于促进该领域知识的产生、应用、存档和传播的协会。它成立于1916年，是科学家、工程师、商业专业人士、学生和其他对光科学感兴趣的人的主要组织。Optica著名的出版物、会议、在线资源和面对面的活动推动了发现，塑造了现实生活中的应用，加速了科学、技术和教育的成就。更多信息请访问Optica.org

高速自由空间数据传输(High-speed free-space data transmission)可以改善太空任务的连通性。瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的研究人员利用等离子调制器（plasmonic modulators）实现了破纪录的数据传输速度，有望在空间通信和潜在的全球高速互联网接入方面取得进展。随着速度可能达到1.4太比特/秒（1.4 Tbit/s），这项技术可能会改变世界的连接方式。

科学家们已经在53 km的湍流自由空间光链路上实现了高达424吉比特/秒（424 Gbit/s）的数据速率，使用等离子体调制器设备，该设备使用称为表面等离子体激元（surface plasmon polaritons）的特殊光波来控制和修改光信号。这项新研究为通过露天或太空传输数据的高速光通信链路奠定了基础。

以更快的数据传输增强太空任务（Enhancing Space Missions With Faster Data Transfer）

自由空间光通信网络可以提供比传统射频通信系统更低延迟和更少干扰的高速、大容量数据传输，从而有利于空间探索。这可能导致更有效的数据传输，改进连接性，增强空间任务的能力。

来自苏黎世联邦理工学院Leuthold小组（Leuthold group of ETH Zurich）的劳伦茨·库尔默(Laurenz Kulmer)在2024年9月23日光学+激光科学前沿(Frontiers in Optics + Laser Science简称FiO LS)会议上发表了这项研究——Laurenz Kulmer(ETH Zurich), Yannik Horst(ETH Zurich), Tobias Blatter(ETH Zurich), Marcel Destraz(Polariton Technologies AG), Benedikt Bauerle(Polariton Technologies AG), Juerg Leuthold(ETH Zurich). Plasmonic Modulators for Future High-Capacity Space Communication (FM3C.2). 23 September, 2024 {11:00 - 11:15 (UTC - 06:00)}。

关于FiO LS会议顺便简要介绍一下，它是光学领域的年度会议——Frontiers in Optics与美国物理学会激光科学部（American Physical Society, Division of Laser Science）的年度会议——Laser Science同时举行。这两个会议联合了来自两个学会的研究者群体，交流在不同的光学和光子学主题以及物理、生物和化学跨学科方面进行全面和当前的相关研究。2024年FiO LS会议（The 2024 FiO LS Conference）于2024年9月23~26日在美国丹佛的科罗拉多会议中心（Colorado Convention Center in Denver）举行，有数百场现场交流和特邀演讲。更多信息请注意浏览相关报道https://www.frontiersinoptics.com

劳伦茨·库尔默说：“高速自由空间传输是连接世界的一种选择，如果水下电缆断裂，它也可以作为备用。尽管如此，这也是向可能连接世界各地的新型廉价高速互联网迈出的一步。通过这种方式，它可能有助于为数百万目前无法上网的人提供稳定、高速的互联网。”

等离子体调制器的优点及未来展望（Advantages and Future Prospects of Plasmonic Modulators）

等离子体调制器是空间通信链路的理想选择，因为它们结构紧凑，同时在宽温度范围内以低能耗高速运行。

在自由空间光学室外实验中，研究人员在25% SD FEC阈值下实现了高达424 Gbit/s的信息速率，在这个阈值下，系统仍然可以在干扰或噪声的情况下修复传输数据中的错误。在标准光纤系统中使用等离子体IQ调制器的实验实现了高达774 Gbit/s/pol的更高吞吐量，同时保持在25% SD FEC阈值以下。

基于这些结果，研究人员表示，将等离子调制器与相干自由空间光通信相结合，可以帮助提高总体吞吐量，速度可能达到1.4 Tbit/s。研究结果还表明，在最高速度下操作自由空间光链路是有利的，而不是使用更高阶的调制格式和低速度。研究人员表示，随着设备设计和光子集成的进一步改进，每个极化通道的极化复用数据速率应该可以达到1 Tbit/s以上。

劳伦茨·库尔默说:“下一步我们将测试我们设备的长期可靠性。高速性能已经被证明，但我们必须确保它们能够在最恶劣的环境即太空中运行多年。”

上述介绍，仅供参考。欲了解更多信息，敬请注意浏览原文或者相关报道。

Abstract

Over a 53 km turbulent free-space optical link we have shown data transmission up to 424 Gbit/s. These results were enabled by plasmonic modulators offering bandwidths above 100GHz and were extended up to 774 Gbit/s in fiber experiments.