Российские исследователи предложили простой способ увеличения пропускной способности и стабильности оптической связи между спутниками с помощью управляемых лазерных «гребенок». Это позволит надежнее передавать данные в космосе, несмотря на внешние помехи.
Ученые Университета ИТМО совместно с коллегами из Института общей и неорганической химии имени Н. С. Курнакова РАН и Национального исследовательского университета «МИЭТ» разработали новый способ повышения пропускной способности и надежности передачи данных в космическом пространстве. Речь идет о совершенствовании свободно-пространственной оптической связи — технологии, похожей на оптический Wi-Fi, где информация кодируется в лазерный пучок и передается между спутниками. Хотя эта технология позволяет быстро развернуть связь, ее пропускная способность ограничена, а на стабильность сигнала влияют внешние помехи, такие как облака или пыль.
Для решения этой проблемы исследователи предложили использовать «закрученные» световые пучки, или вихри. Каждый такой пучок обладает не только частотой и амплитудой, но и проекцией орбитального углового момента, что позволяет создавать несколько независимых каналов передачи информации в одном луче — аналогично разным частотам в радиосвязи. Чем больше таких проекций, тем больше данных можно закодировать.
Особенность разработки заключается в том, что ученые нашли простой и надежный способ формирования набора таких вихревых пучков с разными значениями орбитального углового момента, а также научились управлять их структурой и составом. Это позволяет гибко настраивать каждый канал, повышая не только скорость передачи данных, но и устойчивость связи к внешним воздействиям.
«Мы преобразуем исходный вихревой пучок с помощью тонкого кристалла бета бората бария в набор вихревых состояний — «орбитальную гребенку». Первый конвертер позволяет нам регулировать, какие именно амплитуды входят в состав пучка после нелинейного кристалла. Меняя параметры исходного пучка с его помощью, мы кодируем информацию в амплитудную структуру гребенки. Эта структура устойчива к линейным искажениям, и без внешнего сильного нелинейного воздействия также остается стабильной при передаче данных. Поэтому мы можем кодировать большие объемы данных и передавать их, например, от спутника к спутнику, не боясь что-то потерять».
Станислав Батурин, один из авторов исследования, ведущий научный сотрудник физического факультета ИТМО
Ранее подобные эффекты достигались с помощью технически сложных устройств, однако новый метод упрощает процесс и делает его более эффективным.