تمهد تجربة البصريات التكيفية في جبال الألب الطريق لارتباطات أقمار صناعية تيرابيت في الثانية - عالم الفيزياء

قام باحثون في سويسرا بإرسال واستقبال البيانات الضوئية بمعدلات تزيد عن 10 تيرا بايت / ثانية بين قمة جبال الألب ومرصد في جامعة برن - على مسافة 53 كيلومترًا. هذا هو أكثر من خمسة أضعاف ما هو مطلوب لإنشاء رابط اتصال من القمر الصناعي إلى الأرض ، ويقول الفريق إن هذه الطريقة يمكن استخدامها لإنشاء اتصالات إنترنت أسرع وأكثر فعالية من حيث التكلفة لأبراج الأقمار الصناعية في المدار القريب من الأرض .

تعد أنظمة كوكبة الأقمار الصناعية مثل Starlink التابع لشركة SpaceX (وهي شبكة تضم أكثر من 2000 قمر صناعي تدور بالقرب من الأرض) بجلب الوصول إلى الإنترنت إلى العالم عبر اتصالات الليزر الفضائية. المبدأ هو أن المناطق التي لا يمكنها الوصول إلى تقنية كبلات الألياف الضوئية ، والتي تشكل العمود الفقري للإنترنت الحديث ، يمكن بدلاً من ذلك أن تتصل بالشبكة الضوئية عبر الأقمار الصناعية.

في الوقت الحاضر ، يعتمد نقل البيانات بين الأقمار الصناعية والمحطات الأرضية بشكل أساسي على تقنيات الترددات الراديوية ، التي تعمل في نطاق الموجات الصغرية من الطيف الكهرومغناطيسي ولها أطوال موجية من السنتيمترات. على النقيض من ذلك ، تعمل أنظمة الليزر الضوئية في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة ، وأطوالها الموجية الميكرونية أقصر بحوالي 10 مرة من موجات الراديو. وهذا يمكنهم من نقل المزيد من البيانات في نفس الوقت. في الواقع ، أظهرت العديد من التجارب السابقة أن تقنيات الاتصال البصري في الفضاء الحر يمكنها نقل البيانات بمعدلات 000 جيجابت / ثانية عبر مسافات تصل إلى 100 كم و 10 تيرابايت / ثانية على مسافات تصل إلى 1 أمتار في قناة واحدة.

الجانب السلبي هو أن هذه الأنظمة تعتمد على تنسيقات تعديل متقدمة عالية الترتيب وبالتالي تتطلب نسب إشارة إلى ضوضاء عالية ، والتي لا يمكن تحقيقها إلا على مسافات قصيرة نسبيًا. ستتطلب روابط الأقمار الصناعية المستقبلية أيضًا معدلات بيانات أعلى ، في حدود 500 جيجابت / ثانية أو أكثر.

تجربة ذات مناظر خلابة

في العمل الجديد ، بقيادة الباحثين يورغ ليوثولدرئيس قسم تكنولوجيا المعلومات والهندسة الكهربائية (D-ITET) at ETH زيورخ، أنشأت رابطًا للاتصالات الضوئية عبر الأقمار الصناعية بين محطة أبحاث عالية الارتفاع على نهر يونغفراوجوتش و مرصد زيمروالد بالقرب من برن. من خلال القيام بذلك ، أظهروا أن حزمة الليزر يمكن أن تنتشر بكفاءة من خلال الاضطرابات الجوية التي من شأنها أن تؤثر سلبًا على حركة موجات الضوء ، وبالتالي نقل البيانات.

حقق الباحثون هذا العمل الفذ من خلال تعديل موجة ضوء الليزر بطريقة تسمح للمستقبل باكتشاف الحالات المختلفة المشفرة في "رمز" واحد. هذا يعني أن كل رمز يمكنه نقل أكثر من بت واحد من المعلومات. على سبيل المثال ، يمكن لمخطط يتألف من 16 حالة أن يرسل أربع بتات مع كل تذبذب للموجة الضوئية ، بينما يمكن لمخطط مكون من 64 حالة أن يرسل ستة بتات.

يقول مؤلف الدراسة الرئيسي: "العديد من المكونات الرئيسية مكنت من تحقيق هذا النجاح" يانيك هورست. على جانب جهاز الإرسال ، أوضح أن الفريق يقوم بتشفير المعلومات بطريقة موفرة للطاقة باستخدام تنسيق تعديل متماسك مثل الاستقطاب متعدد الإرسال 64-تربيع-السعة-تعديل (64-QAM). ثم يرسلونها بدقة عالية (بضع عشرات من الراديان الدقيقة) في اتجاه المستقبل في المرصد. أخيرًا ، بعد مرور الضوء عبر 53 كم من الغلاف الجوي المضطرب ، يقوم نظام البصريات التكيفية في محطة الاستقبال بتصحيح خطأ الطور الأمامي للموجة الكهرومغناطيسية.

يقول هورست: "تؤدي البصريات التكيفية إلى إشارة أقوى بنحو 300 مرة في الألياف الضوئية" عالم الفيزياء. "يأتي التحسين أيضًا بفضل لبنة البناء الضوئية التي تتمتع بحساسية عالية للمستقبل - هناك حاجة إلى عدد قليل فقط من الفوتونات لكل بت لنقل البيانات بدون أخطاء."

نهبط للأرض

يقول هورست وزملاؤه إن تقنيتهم ​​الجديدة يجب أن تقربنا خطوة أقرب إلى روابط الاتصال عبر الأقمار الصناعية والأرض وبين الأقمار الصناعية القائمة على التقنيات الضوئية التي يمكنها تحقيق معدلات تاريخ عالية جدًا لكل قناة - أعلى بكثير مما هو ممكن لتقنيات الترددات الراديوية. يمكن أن تعمل هذه الروابط يومًا ما كعمود فقري لشبكة الألياف الأرضية وفي النهاية "توصيل غير الموصولين" في المناطق التي يكون فيها نشر تقنيات الاتصالات السائدة مثل الألياف الضوئية غير ممكن.

الباحثون الذين أبلغوا عن عملهم في علوم, يحققون الآن في تنسيق تعديل جديد يُعرف باسم 4D-BPSK. يقول هورست: "نعتقد أن هذا التنسيق يمكن تطبيقه على تطبيقات بصرية أخرى بفضل حساسيته العالية جدًا أيضًا".

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون السيارات / المركبات الكهربائية ، كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• BlockOffsets. تحديث ملكية الأوفست البيئية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/alpine-adaptive-optics-experiment-paves-the-way-for-terabit-per-second-satellite-links/