近日，中科院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所趙寶升團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種新型的X射線調(diào)制源和一種基于微通道板的X射線探測(cè)器，這兩者分別作為發(fā)射和接收裝置，實(shí)現(xiàn)了新的空間X射線通信方法實(shí)驗(yàn)。
自1895年德國(guó)物理學(xué)家W.K.倫琴發(fā)現(xiàn)X射線以來(lái)，這種波長(zhǎng)很短而具有很高穿透性的射線可使很多肉眼看不見(jiàn)的固體材料發(fā)出可見(jiàn)熒光，因此在醫(yī)療透視和無(wú)損探傷中得到了廣泛應(yīng)用。實(shí)際上，作為波長(zhǎng)很短的電磁波，X射線同樣可在空間傳輸，成功實(shí)現(xiàn)通信功能。
目前，空間無(wú)線通信的研究應(yīng)用已涵蓋無(wú)線電波、微波到紅外、可見(jiàn)光、紫外等電磁波范圍，而對(duì)X射線通信的研究應(yīng)用還是空白。因此，利用X射線作為信息載體的新概念空間通信方法研究具有重要的科學(xué)意義及應(yīng)用前景。
由于X射線波長(zhǎng)很短，穿透能力很強(qiáng)，當(dāng)X射線光子能量大于10千電子伏特(波長(zhǎng)小于0.12納米)、在大氣壓強(qiáng)低于10-1帕斯卡時(shí)，X射線透過(guò)率為100%，傳輸幾乎無(wú)衰減。這意味著可利用很小的發(fā)射功率實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離空間通信。因此，與微波、激光等其他電磁波的通信相比，X射線通信具有方向性好、發(fā)射功率低、傳輸距離遠(yuǎn)、保密性強(qiáng)、不受空間環(huán)境電磁干擾、通信頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)，有望未來(lái)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星實(shí)時(shí)通信。2007年，美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行中心的天文物理學(xué)家Keith Gendreau提出了利用X射線實(shí)現(xiàn)空間衛(wèi)星飛行器點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的概念，被認(rèn)為是“下一代新的空間通信方法”。
趙寶升等開(kāi)發(fā)的X射線調(diào)制源是將真空三極管和X射線管的技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了X射線能量的高速調(diào)制，理論設(shè)計(jì)發(fā)射帶寬可達(dá)50G赫茲。同時(shí)，基于微通道板的X射線探測(cè)器具有時(shí)間響應(yīng)快、接收面積大、zui小可探測(cè)功率小等優(yōu)點(diǎn)。利用該技術(shù)方案，當(dāng)X射線發(fā)散角小于2毫弧度、X射線光子能量大于20千電子伏特、X射線發(fā)射功率為100毫瓦，可在太空傳輸6000公里以上。
目前，西安光機(jī)所已搭建了基于語(yǔ)音通信的X射線數(shù)字傳輸驗(yàn)證系統(tǒng)，主要包括X射線的發(fā)射裝置和接收裝置，已實(shí)現(xiàn)OOK(開(kāi)關(guān)鍵控)和PWM(脈沖寬度調(diào)制)兩種調(diào)制方式下的語(yǔ)音通信，在6米真空管道中通信速率達(dá)64千比特每秒。
