プラズモニック変調器は大容量の宇宙通信を可能にする可能性がある

研究者らは、プラズモニック変調器（表面プラズモンポラリトンと呼ばれる特殊な光波を使用して光信号を制御および変更するデバイス）を使用して、53 km の乱流自由空間光リンクで最大 424Gbit/s のデータ速度を達成しました。この新しい研究は、大気または宇宙を介してデータを伝送する高速光通信リンクの基礎を築くものです。

自由空間光通信ネットワークは、従来の無線周波数通信システムよりも低遅延で干渉の少ない高速、大容量のデータ伝送を提供できるため、宇宙探査に役立つ可能性があります。これにより、より効率的なデータ転送、より優れた接続性、宇宙ミッションの強化された機能を実現できます。

ETH チューリッヒのロイトホルト グループのローレンツ クルマー氏は、2024 年 9 月 23 日から 26 日までデンバーのコロラド コンベンション センターで開催される Frontiers in Optics + Laser Science (FiO LS) でこの研究を発表します。

「高速の自由空間伝送は世界をつなぐ選択肢であり、海底ケーブルが切れた場合のバックアップとしても機能する可能性がある」とクルマー氏は述べた。「とはいえ、これは世界中のあらゆる場所を接続できる新しい安価な高速インターネットへの一歩でもある。こうすることで、現在インターネットに接続していない何百万人もの人々にとって、安定した高速インターネットの実現に貢献できるかもしれない」

プラズモニック変調器は、コンパクトでありながら、低エネルギー消費で広い温度範囲にわたって高速で動作するため、宇宙通信リンクに最適です。

自由空間光屋外実験では、研究者らは、干渉やノイズにもかかわらずシステムが送信データのエラーを修正できるポイントである 25% SD FEC しきい値を下回る最大 424 Gbit/s の情報レートを達成しました。標準ファイバー システムでプラズモニック IQ 変調器を使用した実験では、25% SD FEC しきい値を下回りながら、さらに高いスループットである最大 774 Gbit/s/pol を達成しました。

これらの結果に基づき、研究者らは、プラズモニック変調器とコヒーレント自由空間光通信を組み合わせることで、全体的なスループットが向上し、速度は 1.4 Tbit/s に達する可能性があると述べています。また、この調査結果は、高次の変調形式と低速を使用するよりも、自由空間光リンクを最高速度で動作させる方が有利であることを示しています。デバイス設計とフォトニック統合をさらに改善することで、各偏波チャネルで 1 Tbit/s を超える偏波多重データ速度を実現できるはずだと研究者らは述べています。

「次のステップでは、デバイスの長期信頼性をテストする予定です」とクルマー氏は語った。「高速性能は実証されていますが、最も過酷な環境である宇宙で今後何年も動作できることを確認する必要があります。」