Contribuciones a las comunicaciones ópticas en espacio libre: utilización de telescopios Cherenkov como receptores y corrección de Beam Wander en comunicaciones cuánticas

• Autores: Alberto Carrasco Casado
• Directores de la Tesis: José Manuel Sánchez Pena (dir. tes.), R. Vergaz (dir. tes.), Verónica Fernández Mármol (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Carlos III de Madrid ( España ) en 2015
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Santiago Mar Sardaña (presid.), David Sanchez Montero (secret.), Vicente Martín Ayuso (voc.)
• Materias:
  • Astronomía y astrofísica
    • Astronomía óptica
      • Telescopios
  • Ciencias de la tierra y del espacio
    • Ciencias de la atmósfera
      • Óptica atmosférica
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología de las telecomunicaciones
      • Comunicaciones por satélite
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: e-Archivo
• Resumen

  • Actualmente existe un consenso en que las comunicaciones ópticas en espacio libre constituirán la próxima generación de enlaces inalámbricos de alta velocidad en varios escenarios estratégicos. Esta tesis se centra en los dos donde esta tecnología puede producir un mayor impacto: comunicaciones interplanetarias y comunicaciones cuánticas. Consecuentemente, este trabajo está estructurado en dos bloques. En el primero, se ofrece una propuesta novedosa relacionada con la utilización de telescopios Cherenkov como estaciones receptoras. Las señales que se recibirán en la Tierra desde sondas en espacio profundo en futuras implementaciones de comunicaciones ópticas serán extremadamente débiles y se requerirán nuevas estaciones terrenas para dar soporte a estos enlaces. Esta tesis analiza la viabilidad de utilizar la tecnología desarrollada para los telescopios de rayos gamma que constituirán el observatorio CTA (Cherenkov Telescope Array) en la implementación de una nueva clase de estación terrena receptora. Entre las principales ventajas que brindan estos telescopios se encuentran las mayores aperturas necesarias para superar las limitaciones de potencia que comparte la astronomía terrestre de rayos gamma y las comunicaciones ópticas desde espacio profundo. Además, el elevado número de grandes telescopios que se construirán para CTA hará posible reducir costes unitarios gracias a una producción masiva. El segundo bloque de la tesis se enmarca en las comunicaciones cuánticas en espacio libre y en particular en la distribución de clave cuántica (QKD), que se ha convertido en un nuevo paradigma en el campo de la seguridad de la información. Esta técnica ofrece una forma teóricamente segura de comunicarse a través de un canal inseguro gracias a que es posible detectar la presencia de un intruso. QKD ha demostrado ser una forma fiable de transmitir datos sensibles mediante fibra óptica. Sin embargo, su alternativa no guiada también ofrece importantes ventajas, así como nuevos retos. El más importante es la necesidad de operar bajo una fuerte turbulencia atmosférica y altos niveles de ruido de fondo durante el día. Para mitigar estos efectos normalmente se lleva a cabo un compromiso al diseñar la óptica del receptor, ya que un campo de visión estrecho mejora el rechazo al ruido de fondo, pero aumenta las pérdidas relacionadas con las turbulencias y un campo de visión amplio produce el efecto opuesto. En este segundo bloque de la tesis se propone la utilización de un sistema de corrección de turbulencias para solucionar ambas limitaciones de forma simultánea, y se analizan y experimentan las distintas estrategias para llevar a cabo la implementación e integración con el sistema de QKD.