Wer eine Satellitenschüssel zu Hause hat, ist auf die Funkverbindung zwischen einem geostationären Satelliten und der Erde angewiesen.Consumer-Satellitendienste sind in der Lage, Hunderte von Fernsehkanälen mit hoher und Standardauflösung gleichzeitig über eine HF-Verbindung zu senden, die unter fast allen Bedingungen außer starkem Regen zuverlässig ist.Tatsächlich wird die Satellitenfunkkommunikation in Industrie und Behörden für Datenübertragungen mit hoher Bandbreite weit verbreitet verwendet.Doch was passiert, wenn selbst diese Bandbreite nicht ausreicht?Vor diesem Problem steht die Europäische Weltraumorganisation (ESA), eine von 22 europäischen Mitgliedsstaaten unterstützte Institution, deren Aufgabe es ist, die Grenzen von Wissenschaft und Technologie zu erweitern und das Wirtschaftswachstum in Europa zu fördern.Wie in terrestrischen Netzen steigt auch in der Satellitenkommunikation der Bandbreitenbedarf rasant an und Funkstrecken werden den Bedarf bald nicht mehr decken können.Denn die Bandbreite ist abhängig von der Trägerfrequenz.In der Funkkommunikation liegt die Obergrenze für Trägerfrequenzen bei etwa 30 GHz, während in der optischen Kommunikation die Trägerfrequenzen um vier Größenordnungen höher liegen, mit entsprechend höheren Bandbreiten.Die geostationären Satelliten des European Data Relay System (EDRS) kommunizieren bereits über optische Verbindungen mit einer Konstellation europäischer Low Earth Orbit (LEO)-Satelliten namens Sentinels, deren Aufgabe es ist, die Erde zu überwachen.Die EDRS-Satelliten verwenden heute jedoch Funkkommunikation, um die Bilder der LEO-Satelliten und andere Daten auf terrestrische Server hochzuladen.Doch in absehbarer Zeit wird die Informationsmenge von LEO und geostationären Satelliten und Satellitenkonstellationen so groß werden, dass die Bandbreite seiner Funkkommunikationsverbindungen zu gering sein wird.Also, was kommt als nächstes?Optische, laserbasierte Kommunikation ist die offensichtliche Antwort, da es sich um eine Technik handelt, die bereits zur Übertragung von Daten zwischen den LEO-Satelliten und dem EDRS-Netzwerk verwendet wird.Und die optische Kommunikation, die das Rückgrat des Internets bildet, ist eine bewährte Technologie auf der Erde.Die Glasfaserkabel, die auf dem Grund der Ozeane verlaufen und Kontinente durchqueren, sind das Medium, durch das täglich Milliarden von Seitenaufrufen auf Computer- und Smartphone-Bildschirme geliefert werden.Die Kommunikation über Glasfaser ist also eine bewährte Technologie, die eine außerordentlich hohe Bandbreite bietet.Aber die optische Kommunikation im freien Raum zwischen der Erde und einem Satelliten oder zwischen Satelliten erfordert eine spezielle Lasertechnologie – und ein unglaublich genaues Messgerät.Optische Signale, die zwischen der Erde und dem Weltraum übertragen werden, unterliegen Störungen aus verschiedenen Quellen – die Schwierigkeit, eine optische Verbindung dort aufrechtzuerhalten, ist weitaus größer als bei der optischen Kommunikation von Satellit zu Satellit, da es im Weltraum keine Wolken oder andere Wetterphänomene gibt, oder in der Tat alle anderen Objekte, um ihre Signale zu stören.Optische Kommunikationssysteme müssen ein ausreichendes Signal-Rausch-Verhältnis erreichen, um die Verbindung zwischen Sender und Empfänger aufrechtzuerhalten.Im EDRS der ESA werden Signale bei einer sehr genau spezifizierten Infrarot-Wellenlänge von 1064,625 nm ± 11 pm übertragen, mit nahezu null Varianz in der Peak-Wellenlänge.Dadurch kann sich der Empfänger auf das übertragene schmalbandige Signal einklinken und Störsignale eliminieren.Mit dieser Technologie kann der EDRS-Satellit auch dann betrieben werden, wenn die Sonne in seiner Sichtlinie steht.Die ESA implementiert optische Erde-Satelliten-Kommunikationstechnologie in ihrer optischen Bodenstation (OGS) auf der spanischen Insel Teneriffa und am Aristarchos 2,2-m-Teleskop am Helmos-Observatorium auf dem Peloponnes in Griechenland.Die Aufrechterhaltung der genauen Senderwellenlänge ist ein kritischer Teil des Betriebs des Aristarchos-Systems.Um dies zu erreichen, verwendet die ESA eine komplexe Anordnung, bei der der Senderlaser, ein sogenannter nichtplanarer Ringoszillator aus mit Neodym dotiertem Yttrium-Aluminium-Granat, von einer 808-nm-Laserdiode gepumpt wird, um eine genaue Ausgabe von 1064,625 nm ± 11 pm zu erzeugen .Diese Genauigkeit der Wellenlänge wird durch Einstellen der Betriebstemperatur des Sendelasers gesteuert.Die Abstimmung des Lasers ist ein äußerst wichtiger Teil des Betriebs des Aristarchos-Systems, um sicherzustellen, dass die Laserausgabe genau auf die erforderliche Wellenlänge zentriert ist.Das bedeutet, dass das ESA-Team ein präzises und genaues Verfahren zur Messung der Wellenlänge der Laserleistung in Echtzeit benötigt.Im Testaufbau der ESA ist das optische Messinstrument mit dem nichtplanaren Ringoszillatorlaser verbunden, um dessen Ausgabe abzutasten.Die Anforderung besteht darin, zu überprüfen, ob die Spitzenwellenlänge genau auf dem Ziel zentriert ist, 1064,625 nm ± 11 pm.Die Messung optischer Kommunikationssysteme wird normalerweise mit einem optischen Spektrumanalysator (OSA) durchgeführt, einem hochgenauen und zuverlässigen Instrument, das unter anderem die optische Wellenlänge analysiert.OSAs wie der AQ6370D von Yokogawa Test & Measurement Corporation, Tokio, Japan, erreichen eine Wellenlängenmessgenauigkeit von ±10 pm bei einer Referenzwellenlänge von 1550 nm und ±100 pm bei 1064,625 nm.Obwohl dies sehr genau ist, ist es immer noch nicht genau genug, um die Anforderungen der Aristarchos-Installation zu erfüllen.Zoran Sodnik ist Manager für optische Kommunikationstechnologie im Direktorat für Telekommunikation und integrierte Anwendungen der ESA.Er ist verantwortlich für das optische Kommunikationssystem, das mit dem Aristarchos-Teleskop installiert wird.Sodnik sagte: „Das EDRS arbeitet mit Frequenzen, die in Vielfachen von Terahertz gemessen werden, und die Sender- und Empfängerwellenlängen liegen nicht mehr als 28 Gigahertz auseinander.Das bedeutet, dass die Frequenz des Lasers mit Gigahertz-Präzision eingestellt und dann mit der gleichen Präzision und Genauigkeit gemessen werden muss.“In Zusammenarbeit mit Simac Electronics, einem in den Niederlanden ansässigen Anbieter von Konnektivitäts- und Messtechnologien, wählte die ESA ein spezielles optisches Wellenlängenmessgerät aus, das AQ6151B von Yokogawa.Das Instrument verwendet ein Michelson-Interferometer, das Wellenlängen sehr genau messen kann.Seine Genauigkeit ist mit ±0,2 ppm angegeben.Die Aristarchos-Installation verwendet die Wide-Range-Version, die Wellenlängen von 900 nm bis 1700 nm abdeckt.Es hat auch die Fähigkeit, eine Messung mit seinen integrierten Analysefunktionen innerhalb von 0,2 Sekunden zu erfassen, zu analysieren und an einen PC zu übertragen.Neben der hohen Genauigkeit kann das Instrument simultane Messungen von bis zu 1024 Wellenlängen durchführen und eine Eingangssignalleistung von nur -40 dBm verarbeiten.Die Installation am Helmos-Observatorium ist Teil eines langfristigen Projekts zum Aufbau der optischen Kommunikationskapazität der ESA für Boden-Satelliten-Kommunikation.Die Installation am Aristarchos-Teleskop nutzt die Genauigkeit von ±0,2 ppm des AQ6151B, um die Laserleistung abzustimmen.Gestützt auf die Genauigkeit der Yokogawa-Technologie wird schließlich ins Auge gefasst, dass die optische Kommunikation den Verkehr mit hoher Bandbreite von Funkkommunikationssystemen übernehmen könnte.Laut Sodnik erwartet die ESA, dass die optische Übertragung die Last der Abwicklung von Datenverkehr mit hoher Bandbreite übernehmen und die Funkkommunikation als primäres Mittel zum Senden und Empfangen von Daten von Satelliten ersetzen könnte.Dieser Artikel wurde von Kelvin Hagebeuk, Marketing Manager — Test & Measurement, Yokogawa Europe BV geschrieben. Weitere Informationen finden Sie hier.Dieser Artikel erschien erstmals in der Septemberausgabe 2022 des Photonics & Imaging Technology Magazine.Lesen Sie hier weitere Artikel aus dieser Ausgabe.Lesen Sie hier weitere Artikel aus dem Archiv.Advanced LiDAR – Auf dem Weg zum teilautomatisierten Fahren nach SAE Level 3KI-Material, das sich seiner Umgebung anpasstNYU Tandon-Forscher erforschen eine reibungslosere ZukunftTo-Go-Becherdeckel können Drohnen dabei helfen, Gefahren zu erkennenGraphen steigert flexible und tragbare Elektronik-BoostsSicherheit und Effizienz mit Vehicle Motion ControlEntwurf und Simulation nachhaltiger, leistungsstarker thermischer SystemeSo analysieren Sie die thermische Leistung von Raumfahrzeugen mit COMSOL®Fortschrittliche Lösungen zur Erhöhung der Reichweite und Reduzierung der Kosten bei ToF- und FMCW-LiDARDie nächste Phase des Verbrennungsmotors: Innovationen und EntwicklungsschwerpunkteEntwicklung der ultimativen medizinischen SensortechnologieSaubere Energie aus dem All strahlenMikrowellen-Spektralsignaturen würden verborgene Objekte enthüllenFünf Techniken für den Leichtbau: Mit weniger mehr erreichenThermografische Bildgebung Auswahl einer IR-Kamera mit dem richtigen DetektorDurch die Übermittlung Ihrer personenbezogenen Daten stimmen Sie zu, dass die SAE Media Group und sorgfältig ausgewählte Branchensponsoren dieser Inhalte Sie kontaktieren dürfen, und dass Sie die Datenschutzrichtlinie gelesen haben und ihr zustimmen.Sie erreichen uns unter privacy@saemediagroup.com.Sie können sich jederzeit abmelden.© 2009-2022 Tech Briefs Mediengruppe