Vědci z ETH Zurich a jejich partneři demonstrovali, že lasery pro optickou datovou komunikaci dokážou přenášet několik desítek terabitů za sekundu, a to i přes obrovské množství rušivých atmosférických turbulencí.
Poradenská společnost TeleGeography oznámila, že v současné době existuje 530 aktivních podmořských kabelů – a jejich počet neustále vzrůstá. Jediný kabel přes Atlantik vyžaduje investici v řádu stovek milionů dolarů. Tyto náklady by se však mohly snížit, pokud by roli páteřní komunikace dokázaly zastat laserové systémy využívající pozemní zařízení a satelity.
Při aktuálním experimentu laserový systém nebyl testován přímo s obíhajícím satelitem. Podařilo se nicméně dosáhnout přenosu vysokého objemu dat ve volném prostoru na vzdálenost 53 km. Pro optický přenos dat byla přitom zvolená testovací trasa mnohem náročnější než mezi družicí a pozemní stanicí. (Jak podrobněji vysvětluje průvodní tisková zpráva: Laserový paprsek po celou dráhu procházel hustou atmosférou v blízkosti Země. Pohyb světelných vln, a tedy i přenos dat, přitom ovlivňovalo mnoho místních faktorů – turbulence ve vzduchu nad vysokými zasněženými horami, vodní hladina Thunského jezera, hustě zastavěná thunská metropolitní oblast a rovina Aare. Chvění vzduchu vyvolané tepelnými jevy narušuje pohyb světla.)
Připojení k internetu přes satelit není samo o sobě žádnou novinkou. Nejznámějším příkladem je dnes Starlink Elona Muska, síť více než 2 000 satelitů obíhajících v blízkosti Země, která poskytuje přístup k internetu prakticky po celém světě. Přenos dat mezi družicemi a pozemními stanicemi v případě Starlinku ale využívá rádiové technologie, které jsou podstatně méně výkonné. Pracují v mikrovlnném rozsahu spektra, a mají tedy vlnové délky o velikosti několika centimetrů.
Naproti tomu testované laserové optické systémy fungují v blízké infračervené oblasti s vlnovými délkami několika mikrometrů (tedy přibližně 10 000krát kratší). Díky tomu mohou přenášet více informací za jednotku času. Aby byl zajištěn dostatečně silný signál v době, kdy dorazí ke vzdálenému přijímači, jsou paralelní světelné vlny laseru vysílány přes teleskop, který může mít průměr až několik desítek centimetrů. Široký světelný paprsek je pak přesně zaměřen na přijímací teleskop o průměru stejného řádu, jako je šířka vysílaného paprsku. (Jeden z partnerů projektu, francouzská společnost Thales Alenia Space, je odborníkem na zaměřování laserů s centimetrovou přesností na vzdálenost tisíců kilometrů ve vesmíru.)
Pro opravu chyb použil v rámci testu další partner projektu, společnost ONERA, mikroelektromechanický systém (MEMS) 97 malých nastavitelných zrcadel, což mj. umožnilo korigovat fázový posun paprsku. Díky tomu se podařilo dosáhnout přenosové rychlosti 1 Tb/s na vzdálenost 53 kilometrů. Doposud bylo přitom možné zprovoznit na velké vzdálenosti pouze malé šířky pásma (a vyšší rychlost pouze na vzdálenost několika metrů, a to navíc nikoliv u laserů na povrchu). K výkonu 1 terabit za sekundu byla přitom využita jediná vlnová délka. V budoucích praktických aplikacích lze proto čistě s využitím standardních technologií systém snadno rozšířit na 40 kanálů, tj. na 40 Tb/s.
Yannik Horst et al, Tbit/s line-rate satellite feeder links enabled by coherent modulation and full-adaptive optics, Light: Science & Applications (2023). DOI: 10.1038/s41377-023-01201-7
Zdroj: ETH Zurich / TechXplore.com
