新概念的实验设置说明。图片来源：Yen Strandqvist/Chalmers科技大学

空间通信需要尽可能灵敏的接收器，以实现最大范围的交流，同时还需要高比特率的操作端。瑞典Chalmers科技大学的研究人员最近展示了一种基于激光束通信的新概念，即在接收器中使用了几乎无噪声的光学前置放大器。

在《自然》杂志上发表的一篇论文中，描述了一种自由空间光传输系统，该系统依赖于一个光放大器，该光放大器原则上不会增加任何多余的噪声，被称为相敏光放大器（PSA）。

这个新概念展示了一种前所未有的接收灵敏度，即在每秒10千兆比特的速率下，每个信息只接受一个光子。

研究小组负责人Peter Andrekson 教授说：“我们的结果表明，这种新方法可扩展远程空间通信链路的覆盖范围和数据速率。因此，它也有望帮助世界各地的航天局突破深空飞行任务中数据传输效率低的瓶颈。”

激光和无线电束足迹的比较。图片来源：Yen Strandqvist/Chalmers科技大学

大幅提高未来高速链路的覆盖范围和信息速率，将对卫星间通信、深空任务以及利用光探测和测距（激光雷达）对地球进行监测等技术产生重大影响。目前这种高速数据连接的系统频繁使用光学激光束而不是射频束，一个关键的原因是，由于光束发散减小了，所以在光束传播时的功率损耗比在光波处要小得多。

Chalmers大学光子学教授Peter Andrekson说：“这种方法从根本上实现了接收器的最佳灵敏度，并且也优于现有的最新接收器技术。”图片来源：Henrik Sandsjo/Chalmers科技大学

然而，在远距离传输上，光束也会遭受很大的损失。一束从地球发射到月球(直径约40万公里，孔径为10厘米)的激光束，其功率损失约80 dB，这意味着最后只剩下1亿分之一。由于发射功率有限，因此接收器必须能够以尽可能低的接收功率恢复发送的信息。这种灵敏度被量化为恢复无错误数据所必需的最小光子数（每信息位）。

在Chalmers的新概念中，信息被编码到信号波上，与一个不同频率的泵浦波一起在非线性介质中产生一个共轭波(称为惰波)。这三种波一起被发射到自由空间。接收器内，在将光捕获到光纤中之后，PSA使用再生的泵浦波放大信号，然后在常规接收器中检测放大的信号。

Peter Andrekson说：“这种方法从根本上实现了接收器的最佳灵敏度，并且也优于现有的最新接收器技术。”

该系统使用一种简单的调制格式，其采用标准纠错码进行编码，并且采用相干接收器进行数字信号处理以恢复信号。如果需要，此方法可以直接扩展到更高的数据速率。它还可以在室温下工作，这意味着它不仅可以在地面上，还可以在太空终端上使用。

文章还讨论了该方法的理论灵敏度极限，并将其与其他现有方法进行了比较，得出的结论是，对于非常广泛的信息速率，新方法基本上是最好的。