原标题：以激光为基础的空间通讯系统的光吸收设计的改变可显著得减少噪音和增加灵敏度
江苏激光联盟导读：瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员发展了一个以激光为基础的空间通讯系统，使用几乎没有噪音的前置放大器来提高空间通讯的达到和数据速率。这一研究技术的潜在应用是可以实现卫星间通信、深空任务以及利用雷达对地球进行检测等。
自由空间通讯连接PSA前置前置放大相干吸收器的概念图器
备注：S- signal; P- pump, I -Idler, PLL -phase-locked-loop, PSA- phase-sensitive amplifier
查尔姆斯理工大学研究团队的成果系统克服了在空间长距离输送时的损失，他们通过提高吸收器的灵敏度来实现的。而解码的信息在一个波中实现。此时，随着 泵浦波在不同频率在一个非线性介质中产生共轭波 。这一波的发射伴随着一起进入自由空间，而他们最终到达吸收器。
在捕获了光纤中的光之后， 相敏放大器（phase-sensitive amplifier (PSA)）就会放大产生泵浦波。一个传统的吸收器就能够探测到放大的信号。
这一概念表明吸收器的敏感性是每个信息一个光子 在数据的速率为10 Gbit/s。
查尔姆斯理工大学研究人员发展的自由空间通讯 的实验装置
我们的研究结果表明这一研究成果的可行性，可以拓展达到和实现长距离空间通信连接的数据传输速率。因此该技术同时可以实现帮助突破现有的数据在深空任务返回的瓶颈，此问题是当今世界上空间航天局所面临的比较头疼的问题，Peter Andrekson说到。他是这一研究小组的领导者，系查尔姆斯理工大学显微技术和纳米科学系的领导者。
数据返回的瓶颈，Andrekson说到，造成非常低的数据传输速率。NASA，他补充到，传输火星表面1英尺分辨率的地图，如果数据速率为1 bit/pixel的话 ，需要如果传输速率为5 Mbit/，则需要9年的时间。
在不同数据传输的灵敏度同频谱效率 在不同实施条件下的关系
图解：其中灵敏度以每信息位光子数（Sensitivity (photon-per-information-bit, PPB)）来表示，频谱效率以(bits/s/Hz)来表示
在长距离传输的时候，光束会经历一个显著的功率损失。从地球发射到月球上的一束光，距离大约在400,000 km，使用一个10-cm的孔径，将会造成至少80 dB的功率损失，这意味着至少在100 million中只有一个存在。因为传输的功率是有限制的，因此非常重要的就是吸收器可以重新覆盖传输的信息以尽可能低的功率（吸收的）来传输。
两个相互的相干波长会建设性地干预来分享放大器在研究人员系统中的信号。探测到更多的比噪音还要多的信号。至于噪音，Andrekson认为，并不会建设性的增加。
放大本身依赖于一个Si纤维的非线性过程（四种波混合），Andrekson说到，这一结果导致了实现0 dB的噪音的可能（实验结果得到的噪音值为1 dB），这一结果是目前已知的放大器所能得到的最好的结果。
传统的放大器依赖于模拟发射器，这一模拟发射器伴随着同步的发射，造成显著的和不可避免地额外的噪音。
这一办法最根本的结果就是导致任一前置放大光学吸收器的最佳的灵敏度和几乎超过所有的当前的吸收器的技术， Andrekson说到。
这一系统使用了一个简单的标准错误纠正代码的调制格式编码和一个具有数字信号恢复的相干吸收器。这一办法是额外可扩展 的，可以达到非常高的数据传输速率。同时它还可以在室温下进行操作，从而可以使得其在空间终端的应用，而不是仅仅只能应用在地面上。
这一研究成果发表在期刊《 Light: Science & Applications》上。
文章来源：One photon-per-bit receiver using near-noiseless phase-sensitive amplification。Light: Science & Applications volume
9, Article number: 153 (2020)以及Chalmers University of Technology
