Adaptive Optik für optische Tiefsee Kommunikation bei Tag

Um eine schnellere Datenübertragung zwischen astronomischen Geräten im Weltraum und Basisstationen auf der Erde zu ermöglichen, können optische Kommunikationsverbindungen eingesetzt werden. Zu den Herausforderungen bei der Entwicklung der Weltraumkommunikation gehören die sehr geringe Leistung der empfangenen Signale, die Auswirkungen atmosphärischer Turbulenzen auf die sich ausbreitenden Signale und das starke Vorhandensein vom Hintergrundlicht der Sonne, das im Laufe des Tages schwankt. Um diese Herausforderungen zu meistern, erfordert die optische Kommunikation im Weltraum adaptive optische Systeme (AO), um die Anzahl der empfangenen Signalphotonen zu maximieren, sowie optische Filter mit außergewöhnlich geringer Bandbreite, um Hintergrundrauschen aus den empfangenen Signalen zu entfernen.

Im Rahmen des Projekts wurde in den Labors des Fraunhofer IOSB ein System zur spektralen und räumlichen Filterung entworfen, optimiert und prototypisch umgesetzt. Zunächst wurden durch Vorstudien die vielversprechendsten Technologien für die spektrale und räumliche Filterung identifiziert. Nach der Durchführung von Simulationen für einen breiten Parameterraum für jeden Filtertyp wurde entschieden, dass der Labordemonstrator auf einem Fabry-Pérot-Etalon basieren sollte, das mit einem Bandpassfilter und einem Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor gekoppelt ist. Es wurde ein Breadboard-Demonstrator implementiert, um die Leistungen der vorgeschlagenen Technologien im Labor zu validieren.

Der Demonstrator hat Leistungsverbesserungen im Bereich von 2,5 bis 34 im Vergleich zur reinen Kippkorrektur erbracht. Diese Ergebnisse sind vielversprechend und zeigen, dass die AO bei Tageslicht unter Verwendung von Signalphotonen für die Wellenfronterkennung den Einsatz von viel kleineren Detektoren für die Kommunikation ermöglichen könnte.
Diese Arbeit wurde von der Europäischen Weltraumorganisation unter den Vertragsnummern 4000125644/18/D/MB und 4000126965/19/D/MB unterstützt.