Два луча лучше, чем один

Хан и Лея. Джордж и Амаль. Кермит и мисс Пигги. Гомес и Мортиша. Величайшие пары в истории полагаются на общение, чтобы сделать их настолько сильными, что их силу невозможно отрицать.


Но это верно не только для людей (или кукол), но и для лазеров.

Согласно новому исследованию инженерной школы Университета Калифорнии в Витерби, недавно опубликованному в журнале Nature Photonics, объединение двух лазеров в качестве оптической «пары» обещает сделать беспроводную связь более быстрой и безопасной, чем когда-либо прежде. Но сначала немного предыстории. Большинство средств связи на основе лазеров – например, волоконная оптика, обычно используемая для таких вещей, как высокоскоростной Интернет, – передаются в виде лазерного (оптического) луча, проходящего по кабелю. Оптическая связь исключительно быстра, но ограничена тем фактом, что она должна проходить через физические кабели. Использование возможностей лазеров с высокой пропускной способностью для отвязанных и передвижных приложений, таких как самолеты, дроны, и спутники, действительно захватывающе и потенциально может изменить правила игры.

Исследователи USC Viterbi приблизили нас на один шаг к этому достижению, сосредоточив внимание на так называемой оптической связи в свободном пространстве (FSOC). Это немалый подвиг, и исследователи над этим трудятся в течение некоторого времени. Одним из основных препятствий была так называемая «атмосферная турбулентность».

Когда единственный оптический лазерный луч, несущий информацию, движется по воздуху, он испытывает естественную турбулентность, как и самолет. Из-за ветра и перепадов температуры в атмосфере луч становится менее устойчивым. Наша неспособность контролировать эту турбулентность – это то, что не позволяет FSOC развиваться по производительности, аналогичной радио- и волоконно-оптическим системам. Оставляя нас застрять на более медленных старых радиоволнах для большей части беспроводной связи.

«Несмотря на то, что FSOC существует некоторое время, фундаментальной проблемой было эффективное восстановление информации из оптического луча, на который повлияла атмосферная турбулентность», – сказал Рунчжоу Чжан, ведущий автор и доктор философии. студент Лаборатории оптических коммуникаций Университета Южной Калифорнии в Витерби факультета электротехники и вычислительной техники Мин Се.

Исследователи продвинулись в решении этой проблемы, отправив второй лазерный луч (так называемый «пилотный» луч), который перемещается вместе с первым, чтобы действовать как партнер. Путешествуя вдвоем, два луча проходят через один и тот же воздух, испытывают одинаковую турбулентность и имеют одинаковые искажения. Если передается только один луч, приемник должен вычислить все искажения, которые луч испытает на пути, прежде чем он сможет декодировать данные. Это сильно ограничивает системы.

Но когда пилотный луч проходит рядом с исходным лучом, искажение автоматически устраняется. Подобно тому, как Кермит исполняет дуэтом «Радужную связь» с мисс Пигги, информация в этом луче достигает пункта назначения ясной, четкой и легкой для понимания. С инженерной точки зрения это достижение – немалый подвиг. «Проблема с радиоволнами, которые в настоящее время являются лучшим выбором для большинства беспроводных коммуникаций, заключается в том, что они намного медленнее по скорости передачи данных и гораздо менее безопасны, чем оптические коммуникации», – сказал Алан Вилнер, руководитель группы по работе с бумагой и профессор кафедры электротехники и электротехники Университета Калифорнии в Витерби. компьютерная инженерия. «Благодаря нашему новому подходу мы на один шаг ближе к снижению турбулентности в оптических каналах с высокой пропускной способностью».

Возможно, наиболее впечатляющим является то, что исследователи не решили эту проблему с помощью нового устройства или материала. Они просто посмотрели на физику и изменили свою точку зрения. «Мы использовали физику, лежащую в основе известного устройства, называемого фотодетектором, обычно используемого для определения интенсивности света, и поняли, что его можно использовать по-новому, чтобы продвинуться в решении проблемы турбулентности для систем лазерной связи», сказал Чжан.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments