深空数据传输应用的先进光源介绍.doc

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G.体育阿格拉瓦尔教授
美国罗切斯特大学，罗切斯特，纽约州14627
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站长：[e-mail]
D. G。Deppe教授
得克萨斯大学奥斯汀，德克萨斯州奥斯汀
弗兰克·怀斯教授
康奈尔大学，纽约
彼得Goorjian博士
美国宇航局艾姆斯研究中心莫菲特场，加利福尼亚
（2004年11月16日提交）
深空数据传输应用的先进光源介绍

与火星上的着陆人类在心灵的最终目标，美国宇航局已推出为发展通信技术，可以传输数据的广泛计划地球和火星之间在比特率足够高，除了提供实时视频其他功能。微波发射机可以实现的，充其量，比特率只有10至20Mb / s的跨星际距离。出于这个原因，注意力都集中在自由空间光通信系统，实现数据传输速率高达潜力10 Gb / s的地球静止轨道卫星和地球上的接收器之间的。然而，在火星等系统的部署，克服几个实际问题[1]。 “最大的挑战是在接收到的信号功率在地球上的巨大损失，视光学信号遍及约400万公里，火星与地球之间的距离。它有据估计，自由空间光通信系统传输地球静止卫星将遭受额外损失80分贝，如果它位于对火星表面和其比特率将被限制在最多100 B / S[1]。
目前美国宇航局计划是开发火星电信轨道飞行器（MTO）和使用它证明火星激光光通信的可行性通讯示范（MLCD）系统[1，2]。它将会在2009年推出
它将携带一个自由空间光通信系统的一个研究小组设计科学家在麻省理工学院（MIT）林肯实验室和喷气推进实验室（JPL）。该小组旨在克服一个新的指向/跟踪系统的信号衰减问题，优化望远镜调制系统，纠错编码，光子计数探测器。有了这些进步，地球上第一个深空，自由空间光通信系统似乎是可行的。然而，最初的数据传输速率可能不足够高，且有自然巨大的阻力以增加它。
任务与目标

在这项建议，我们提出了一个新颖的概念，并用它来开发一种先进的光源光束传播在很大程度上可以克服的。使用当前光的来源，从火星发送一个数据脉冲时间约1000公里的光斑大小它到达地球时，由于衍射光束传播，如果这迫使一个传输光束大小的巨大增长
大量的能量在每个脉冲，以确保至少有一个光子捕获地球上的接收天线。如果可以控制衍射，可以增加比特率使用低功率的发射机。此外，改进的激光器，它应该是可能的脉冲的持续时间，以减少皮秒范围，这将使一来增加数据传输速率一千个甚至更多的因素之一。我们计划开发高功率光纤激光器能够以高的峰值功率水平发射排序脉冲。此外，我们将发展光束控制模块，旨在减少光束扩展数据是传播跨越了400万公里的距离。在下面的章节中，我们描述详细说明我们的方法设计，以满足这些目标。
光纤激光的发展