Des chercheurs ont atteint des débits de données allant jusqu’à 424 Gbit/s sur une liaison optique turbulente de 53 km en espace libre à l’aide de modulateurs plasmoniques, des dispositifs qui utilisent des ondes lumineuses spéciales appelées polaritons de plasmon de surface pour contrôler et modifier les signaux optiques. Cette nouvelle recherche pose les bases de liaisons de communication optique à haut débit qui transmettent des données à l’air libre ou dans l’espace.
Les réseaux de communication optique en espace libre pourraient faciliter l’exploration spatiale car ils peuvent assurer une transmission de données à haut débit et à grande capacité avec une latence plus faible et moins d’interférences que les systèmes de communication radiofréquence traditionnels. Cela pourrait conduire à un transfert de données plus efficace, à une meilleure connectivité et à des capacités améliorées pour les missions spatiales.
Laurenz Kulmer du groupe Leuthold de l’ETH Zurich présentera cette recherche à Frontières en optique et science laser (FiO LS)), qui se tiendra du 23 au 26 septembre 2024 au Colorado Convention Center à Denver.
« La transmission à haut débit en espace libre est une option pour connecter le monde, ou elle peut servir de solution de secours en cas de rupture de câbles sous-marins », a déclaré Kulmer. « Néanmoins, c’est aussi une étape vers un nouvel Internet à haut débit bon marché qui pourrait connecter tous les endroits du monde. De cette façon, cela pourrait contribuer à un Internet à haut débit stable pour des millions de personnes qui ne sont actuellement pas connectées. »
Les modulateurs plasmoniques sont idéaux pour les liaisons de communication spatiale car ils sont compacts tout en fonctionnant à des vitesses élevées sur une large plage de températures avec une faible consommation d’énergie.
Lors d’expériences optiques en extérieur en espace libre, les chercheurs ont obtenu des débits d’information allant jusqu’à 424 Gbit/s en dessous d’un seuil de FEC SD de 25 % – le point auquel un système peut encore corriger les erreurs dans les données transmises malgré les interférences ou le bruit. Des expériences utilisant un modulateur plasmonique IQ dans un système à fibre optique standard ont permis d’atteindre un débit encore plus élevé allant jusqu’à 774 Gbit/s/pol tout en restant en dessous d’un seuil de FEC SD de 25 %.
Sur la base de ces résultats, les chercheurs affirment que la combinaison de modulateurs plasmoniques avec une communication optique cohérente en espace libre pourrait contribuer à augmenter le débit global, avec des vitesses pouvant atteindre 1,4 Tbit/s. Les résultats montrent également qu’il est préférable d’exploiter des liaisons optiques en espace libre aux vitesses les plus élevées, plutôt que d’utiliser des formats de modulation d’ordre supérieur et des vitesses faibles. Grâce à des améliorations supplémentaires dans la conception des dispositifs et l’intégration photonique, les chercheurs affirment qu’il devrait être possible d’atteindre des débits de données de multiplexage de polarisation supérieurs à 1 Tbit/s pour chaque canal de polarisation.
« Dans une prochaine étape, nous allons tester la fiabilité à long terme de nos appareils », a déclaré Kulmer. « Les performances à grande vitesse ont été démontrées, mais nous devons nous assurer qu’ils pourront fonctionner pendant des années dans l’environnement le plus hostile, l’espace. »