Avaruustutkimuksessa voidaan nyt käyttää pitkän matkan optisia linkkejä kuvien, videoiden ja datan siirtämiseen avaruusluotaimista Maahan valon avulla. Jotta signaalit kuitenkin yltävät perille eikä niitä häiritä matkalla, tarvitaan äärimmäisen herkkiä vastaanottimia ja häiriöttömiä vahvistimia.
Göteborgilaisessa Chalmersin teknillisessä korkeakoulussa tutkijat ovat kehittäneet järjestelmän, joka vahvistimen ja ennätyksellisen herkän vastaanottimen avulla tasoittaa tietä nopeammalle ja parannetulle avaruusviestinnälle.
Avaruudessa käytettävät viestintäjärjestelmät perustuvat yhä useammin radiotaajuuksien sijaan optisiin lasersäteisiin, koska signaalihäviöt ovat osoittautuneet pienemmiksi, kun tietoa viedään valon avulla pitkiä matkoja. Myös valon kuljettama tieto menettää tehoaan matkalla. Siksi avaruusviestinnän optiset järjestelmät vaativat äärimmäisen herkkiä vastaanottimia, jotka pystyvät havaitsemaan heikentyneet signaalit.
Chalmersin fotoniikan professori Peter Andreksonin johdolla on kehitetty vastaanotin, joka on aiempaa herkempi suurilla tiedonsiirtonopeuksilla. - Tämä tarkoittaa, että voimme saada nopeamman ja virheettömän tiedonsiirron hyvin pitkien matkojen yli, esimerkiksi silloin, kun halutaan lähettää korkearesoluutioisia kuvia tai videoita Kuusta tai Marsista Maahan.
Tieteellisessä Optica-lehdessä julkaistusa tutkimuksessa käytetään optista vahvistinta vastaanottimessa, joka vahvistaa signaalin mahdollisimman vähäisellä kohinalla. Kuten taskulampun valo, myös lähettimen valo hajoaa ja heikkenee etäisyyden kasvaessa. Ilman vahvistusta signaali on niin heikko avaruuslennon jälkeen, että se hukkuu vastaanottimen elektronisen kohinan alle.
Kahdenkymmenen vuoden työn jälkeen, kohinan aiheuttamien häiriöiden kanssa kamppailtuaan, Chalmersin tutkimusryhmä onnistui muutama vuosi sitten todistamaan kohinattoman optisen vahvistimen toimivuuden. Tähän asti kyseistä vahvistinta ei kuitenkaan ole voitu käyttää käytännössä optisissa viestintäyhteyksissä, koska se on asettanut sekä lähettimelle että vastaanottimelle uusia, merkittävästi monimutkaisempia vaatimuksia.
Avaruusluotaimien rajallisten resurssien ja tilan vuoksi on tärkeää, että lähetin on mahdollisimman yksinkertainen. Antamalla vastaanottimen Maassa tuottaa kaksi kolmesta kohinattoman vahvistuksen vaatimasta valotaajuudesta ja sallimalla lähettimen tuottaa vain yhtä taajuutta Chalmersin tutkijat pystyivät ottamaan kohinattoman vahvistimen ensimmäistä kertaa käyttöön optisessa viestintäjärjestelmässä. Tulokset osoittavat erinomaisen herkkyyden samalla, kun lähetin pysyy suhteellisen yksinkertaisena.
Tämä tarkoittaa, että kohinattomia vahvistimia voidaan lopulta käyttää käytännössä avaruuden ja Maan välisen viestinnän linkeissä. Järjestelmä on siis valmiina myötävaikuttamaan ratkaisun löytämisessä avaruusvirastojen nykyään hyvin tuntemaan pullonkaulaongelmaan, jota esimerkiksi NASA on kutsunut ”tieteellisen tiedon pullonkaulaksi”.
Kuva: Chalmers University of Technology | Rasmus Larsson
