单极量子光电器件中红外波段自由空间光通信的更高速度

在过去的几十年里，电信通过提供极其便捷的方式来共享和访问信息，从而重塑了我们生活的许多方面。这种转变最重要的推动因素之一是宽带技术的采用和改进，这些技术在宽频带上填充大量数据以实现前所未有的传输速度。今天，大多数大城市都拥有基于光纤的网络，可以将高速互联网直接分配到每个家庭。

不幸的是，由于相关成本和所需的土木工程工作，将光纤链路部署到偏远地区和农村地区并不总是可行的。这些地方可以从不同的光宽带通信方法中受益：自由空间光学。自由空间光(FSO)通信的主要思想是在需要的地方设置对齐的发射器-接收器对，并使用空气作为传输信号的介质。

尽管FSO系统仍有许多挑战需要解决(例如低能源效率、天气影响和高背景噪声)，但世界各地的科学家正在不断尝试解决这些问题并实现更高数据速率的新方法。

在此背景下，巴黎理工学院的一个研究小组与法国高等师范学院的研究人员一起，最近在使用单极量子光电(UQO)设备的FSO通信方面取得了实质性进展。

正如AdvancedPhotonics中报道的那样，该团队使用基于Stark效应的外部调制器成功创建了远程FSO链路，该调制器与接收器中的两种UQO探测器相关联。他们通过这种技术实现了前所未有的数据速率，展示了他们尚未开发的潜力。

研究人员在他们的系统中使用的发射器和两个检测器在中红外范围内运行，即使用8到12µm之间的波长。在这个频率范围内，信号在大气中传播过程中的吸收、散射和失真都非常低。发射器侧使用了在室温下运行的商用量子级联激光器，并结合了新型外部调制器。

检测器端(应该正确地感知和解释小的噪声信号)使用量子级联检测器(QCD)或量子阱红外光电检测器(QWIP)。后者更复杂，通常性能更好，但需要氮气冷却，而QCD可以不冷却并在室温下使用。换句话说，在两个UQO检测器的性能、复杂性和成本之间存在权衡。

首先，该团队在“背靠背配置”中评估了FSO链路的最大数据速率，这意味着直接将发射器的输出发送到探测器的输入。然后，他们在两者之间引入了一个商业Herriott牢房。这种密封装置包含精心设计的镜子，使输入的光信号在其退出之前来回反弹多次，从而模拟信号传播的更长距离。在这种情况下，光路的有效长度为31m。

为了提高他们的通信系统在速度和抗错性方面的性能，研究人员采用了多种独立的技术，即结合一些预处理和后处理方法对传输信号进行脉冲整形。

“我们在31米的传播链路中实现了2级(OOK)和4级(PAM-4)调制方案的创纪录比特率30Gbit/s，”通讯作者PierreDidier博士评论说。D.巴黎电信FrédéricGrillot教授小组的学生，“此外，观察到的误码率与可以在接收器端实施的已建立的纠错算法兼容，”他补充道。

值得注意的是，这是FSO传输系统首次在如此长的距离上实现8-12µm波长域的高数据速率。因此，这项工作标志着通过采用UQO设备实现耐天气条件的高速FSO电信链路迈出了关键一步。UQO设备集成的进一步发展，以及支持光学和电子设备的改进，有助于将高速互联网带到具有挑战性的位置。