想象一下，僅用一盞夜燈，不到五秒就能將一部高清電影從上海傳送到洛杉磯——跨越三個(gè)太平洋的寬度。

這聽(tīng)起來(lái)可能有些天方夜譚，因?yàn)樾擎溤诰嚯x地球僅數(shù)百公里的軌道上運(yùn)行，最高速度只有幾Mbps。

然而，在一顆停泊在地球靜止軌道上、高度超過(guò)星鏈60倍的秘密衛(wèi)星上，一支中國(guó)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)僅利用2瓦激光(亮度僅相當(dāng)于一支蠟燭)就在湍流大氣中將數(shù)據(jù)以1Gbps的速度傳輸至地球，速度是星鏈的五倍。

衛(wèi)星激光下行鏈路雖速度極快，但面臨一個(gè)敵人：大氣湍流。它會(huì)將光線散射成數(shù)百米寬極弱且模糊的光斑，待光線到達(dá)地面時(shí)已嚴(yán)重衰減。

此前，全球研究人員曾嘗試使用自適應(yīng)光學(xué)(AO)來(lái)改善扭曲的光線，或采用模式多樣性接收(MDR)來(lái)捕獲散射信號(hào)，但這兩種方法在強(qiáng)湍流條件下均無(wú)法單獨(dú)發(fā)揮作用。

由北京郵電大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院聯(lián)合領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)提出了一項(xiàng)他們稱之為“突破性”的解決方案：自適應(yīng)光學(xué)-MDR 協(xié)同技術(shù)。在發(fā)表于中文期刊《光學(xué)學(xué)報(bào)》的一篇同行評(píng)議論文中寫道：“這種方法有效地防止了極低信號(hào)功率導(dǎo)致的通信質(zhì)量下降?！?/p>

他們?cè)邴惤煳呐_(tái)測(cè)試了該系統(tǒng)，使用一臺(tái)1.8米的望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)了一顆距離36705公里的未命名衛(wèi)星。望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部有 357 個(gè)微鏡，可以重塑扭曲的激光束并減少波前畸變。

多平面轉(zhuǎn)換器(MPLC)將進(jìn)入多模光纖的光束分成8個(gè)基模通道。通過(guò)定制芯片驅(qū)動(dòng)的“路徑選擇”算法，實(shí)時(shí)選取并合并了其中三個(gè)最強(qiáng)信號(hào)。

研究人員觀察到信號(hào)強(qiáng)度顯著提升。與僅使用自適應(yīng)光學(xué) (AO) 相比，自適應(yīng)光學(xué) + 多模反射 (MDR) 在關(guān)鍵信號(hào)可靠性閾值下實(shí)現(xiàn)了顯著增益。

團(tuán)隊(duì)寫道：“這種乘數(shù)效應(yīng)在多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中均被一致觀察到?！?/p>

新方法還顯著降低了誤差?？捎眯盘?hào)的概率從 72% 躍升至 91.1%，這對(duì)于高價(jià)值數(shù)據(jù)的傳輸至關(guān)重要。

中國(guó)在空間激光通信技術(shù)發(fā)展方面處于領(lǐng)先地位。2020 年，中國(guó)的實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星在地球靜止軌道實(shí)現(xiàn)了 10Gbps激光下行鏈路傳輸，創(chuàng)下了世界紀(jì)錄。