Moduladores plasmônicos podem permitir comunicação espacial de alta capacidade

Pesquisadores atingiram taxas de dados tão altas quanto 424 Gbit/s em um link óptico de espaço livre turbulento de 53 km usando moduladores plasmônicos — dispositivos que usam ondas de luz especiais chamadas polaritons de plasmon de superfície para controlar e alterar sinais ópticos. A nova pesquisa estabelece as bases para links de comunicação óptica de alta velocidade que transmitem dados em céu aberto ou no espaço.

Redes de comunicação ópticas de espaço livre podem auxiliar a exploração espacial porque podem fornecer transmissão de dados de alta velocidade e alta capacidade com menor latência e menos interferência do que os sistemas tradicionais de comunicação por radiofrequência. Isso pode levar a uma transferência de dados mais eficiente, melhor conectividade e capacidades aprimoradas para missões espaciais.

Laurenz Kulmer, do grupo Leuthold da ETH Zurich, apresentará esta pesquisa na Frontiers in Optics + Laser Science (FiO LS), que será realizada de 23 a 26 de setembro de 2024 no Colorado Convention Center, em Denver.

“A transmissão de alta velocidade em espaço livre é uma opção para conectar o mundo, ou pode servir como um backup se os cabos subaquáticos quebrarem”, disse Kulmer. “No entanto, também é um passo em direção a uma nova internet de alta velocidade barata que pode conectar todos os locais do mundo. Dessa forma, pode contribuir para uma internet estável e de alta velocidade para milhões de pessoas que estão atualmente desconectadas.”

Os moduladores plasmônicos são ideais para links de comunicação espacial porque são compactos e também operam em altas velocidades em uma ampla faixa de temperatura com baixo consumo de energia.

Em experimentos ópticos de espaço livre ao ar livre, os pesquisadores alcançaram taxas de informação de até 424 Gbit/s abaixo de um limite de 25% SD FEC — o ponto em que um sistema ainda pode corrigir erros em dados transmitidos, apesar de interferência ou ruído. Experimentos usando um modulador IQ plasmônico em um sistema de fibra padrão alcançaram uma taxa de transferência ainda maior de até 774 Gbit/s/pol, permanecendo abaixo de um limite de 25% SD FEC.

Com base nesses resultados, os pesquisadores dizem que combinar moduladores plasmônicos com comunicação óptica coerente de espaço livre pode ajudar a aumentar o rendimento geral, com velocidades potencialmente atingindo 1,4 Tbit/s. As descobertas também mostram que é favorável operar links ópticos de espaço livre nas velocidades mais altas, em vez de usar formatos de modulação de ordem superior e baixas velocidades. Com melhorias adicionais no design do dispositivo e integração fotônica, os pesquisadores dizem que deve ser viável atingir taxas de dados de multiplexação de polarização acima de 1 Tbit/s para cada canal de polarização.

“Em um próximo passo, vamos testar a confiabilidade de longo prazo de nossos dispositivos”, disse Kulmer. “Desempenho de alta velocidade foi demonstrado, mas temos que garantir que eles possam operar por muitos anos no ambiente mais hostil, o espaço.”