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日本京都大學(xué)與電信公司KDDI的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)近日成功測(cè)試了模擬衛(wèi)星通訊的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)使用光子晶體雷射通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)強(qiáng)度低于1億分之1的通訊效果。這一成果將有望推動(dòng)光通訊技術(shù)在衛(wèi)星通訊領(lǐng)域的應(yīng)用。
隨著無(wú)線(xiàn)電通訊頻段的日益減少，日本電信設(shè)備業(yè)者提出了光通訊平臺(tái)的概念，其中包括通過(guò)光通訊建設(shè)跨軌道衛(wèi)星星座的想法。這個(gè)概念旨在利用少量離地3.6萬(wàn)公里的同步衛(wèi)星，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊構(gòu)建和管理大量離地2,000公里的低軌衛(wèi)星星座。然而，由于可用頻段減少和天線(xiàn)體積增大的問(wèn)題，這會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星體積變大且價(jià)格昂貴，以及通訊速度不足的問(wèn)題。因此，研究團(tuán)隊(duì)提出了以光通訊代替電波的想法。
然而，在超過(guò)3.6萬(wàn)公里的距離進(jìn)行通訊時(shí)，光線(xiàn)擴(kuò)散衰減將導(dǎo)致光信號(hào)微弱到無(wú)法判讀。為了解決這一問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種類(lèi)似半導(dǎo)體雷射但功率高得多的光子晶體雷射技術(shù)。
該技術(shù)不需要放大器及附帶的光學(xué)系統(tǒng)，理論上同樣功率的輸出，系統(tǒng)體積可縮為0.1%。研究團(tuán)隊(duì)在2022年9月宣布完成1W功率1.1米距離的光子晶體雷射通訊，踏出第一步。至于如何克服1.1米與3.6萬(wàn)公里差距的3,000萬(wàn)倍差距，研究團(tuán)隊(duì)提出發(fā)射端高功率調(diào)頻、與接收端同調(diào)光信號(hào)，以NRZ編碼方式傳輸信號(hào)，透過(guò)一些方式將發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度降低到1億分之1以下，模擬太空中3.6公里以外的光信號(hào)強(qiáng)度，再讀取接收端得到的信號(hào)內(nèi)容以驗(yàn)證技術(shù)可行性。
根據(jù)KDDI與京都大學(xué)雙方發(fā)表的成果，確認(rèn)信號(hào)強(qiáng)度降為1億分之1以下時(shí)，接收端仍能有效讀取信號(hào)內(nèi)容。這一研究成果已在蘇格蘭舉辦的國(guó)際最大光通訊學(xué)術(shù)會(huì)議（ECOC 2023）上發(fā)表。
研究團(tuán)隊(duì)表示，接下來(lái)將改良設(shè)備并在戶(hù)外進(jìn)行測(cè)試，目標(biāo)是在2030年正式將其應(yīng)用于通訊衛(wèi)星上。這一突破性的研究將為光通訊技術(shù)在衛(wèi)星通訊領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)辟新道路，有望推動(dòng)衛(wèi)星通訊的快速發(fā)展。
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