Next-gen high-performance lasers boosten dieperuimtenavigatie

NASA's Deep Space Network (DSN), een soort GPS-systeem voor de ruimte, vertrouwt op atoomklokken voor extreme nauwkeurigheid. Elk modern navigatiesysteem moet radiosignalen nauwkeurig timen om een locatie te trianguleren. Maar de behoefte aan nauwkeurigheid is nog hoger in de ruimte, waar grote afstanden zelfs kleine fouten kunnen verergeren.

Vooruitgang gemaakt door Lute Maleki, voormalig onderzoeker bij NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, CA, en zijn JPL-collega's voor de ruimte, hebben nu geleid tot enkele van de meest verfijnde lasers en oscillators ter wereld voor toepassingen zoals communicatie, rangefinders voor zelfrijdende auto's, en opkomende velden zoals quantum computing.

In de jaren 80, toen hij werkte aan het verbeteren van atoomklok-technologie voor de DSN, vestigde Maleki wat bekend werd als JPL's Quantum Sciences and Technologies group om nieuwe mogelijkheden te ontwikkelen met de kwantumfysica die de meest elementaire deeltjes regelt, zoals fotonen of de trillende atomen in een klok. Het team ontwikkelde een betere, meer betaalbare soort atoomklok en stuurde ook, voor het eerst, atoomklok-signalen door vezeloptische kabels naar antennes bijna 20 mijl ver.

In de vroege jaren 90, Maleki en een ander lid van zijn lab eindigden met het uitvinden van een nieuwe soort oscillator. "Hij had een stabiliteitsprobleem dat hij niet kon oplossen, en ik zei hem om het in een oscillator te veranderen om het op te lossen, en we vonden de optoelektronische oscillator," zei Maleki.

Oscillators zijn cruciaal niet alleen voor tijdmeting maar ook voor communicatie, waar ze twee of meer apparaten in staat stellen om akkoord te gaan over een precieze frequentie om informatie te zenden en te ontvangen. Terwijl alle vorige oscillators een elektrische stroom gebruikten om hun trilling te genereren, gebruikte deze laserlicht. De optoelektronische oscillator is sindsdien cruciaal geworden voor diverse toepassingen, zoals radar, ruimtevaart-engineering, en draadloze communicatie.

Om een constante frequentie te garanderen, heeft de oscillator echter een resonator nodig. Op dat moment was dit meestal een vezeloptische kabel die een uitgaand signaal over een goede afstand kon dragen – ideaal een mijl of zo – en het terug circuleren, wat het systeem in staat stelde zijn eigen uitgaande frequentie te tracken en ruis te cancelleren, legde Maleki uit. Het maakte een bulky systeem.

Dit leidde tot zijn tweede fundamentele uitvinding: het gebruik van een whispering gallery mode optical resonator. Op dat moment had NASA weinig gebruik voor het, maar Maleki was ervan overtuigd dat er een markt was.

Hij richtte OEwaves (de OE staat voor optoelektronisch) op in 1999 met ongeveer 30 octrooien van zijn team's NASA-werk, gelicenseerd via het California Institute of Technology, dat JPL beheert.

Het bedrijf nam even de tijd om zijn voeten te vinden in een veranderend technologielandschap, maar zijn producten, die de laagste-ruis halfgeleiderlasers omvatten, hebben in recentere jaren nieuwe markten gevonden. Eén is in "smart structures," een concept dat al decennia bestaat maar begint in de praktijk te worden gezet, vooral in Azië. Vezeloptische sensoren ingebouwd in gebouwen, bruggen, spoorwegen, en andere structuren kunnen spanning of deformatie voelen, maar dit vereist low-noise lasers om kleine golflengtevariaties te onthullen.

Maleki zei dat hij ook verhoogde vraag verwacht in de mobiele telefoon- en communicatiemarkten, naarmate ze bewegen naar hogere frequenties, die informatie efficiënter dragen maar extreem hoge fidelity vereisen.

En in 2014 spin-offte OEwaves een bedrijf genaamd Strobe Inc. om LiDAR-technologie voor zelfrijdende auto's te ontwikkelen. Een LiDAR-systeem gebruikt gereflecteerde lasersignalen om een driedimensionale kaart van zijn omgeving te bouwen, wat veel autonomen voertuigbedrijven als een enabling technology beschouwen. GM-dochter Cruise Automation kocht Strobe in 2017.

Maleki zei dat dezelfde technologie die bij JPL begon, Strobe in staat stelde om kleine, efficiënte LiDAR-systemen te ontwikkelen die in staat waren om snel frequentie te veranderen – een techniek genaamd "chirping" – met alleen de resonator. Chirping helpt om zowel de afstand als de snelheid van omringende objecten te meten. En het hele systeem kon op een fotonische geïntegreerde schakeling gezet worden, wat de kosten verder verlaagde.

Verscheidene universiteiten en bedrijven kopen de lasercomponenten ook om toekomstige quantum-apparaten voor communicatie, computing, en andere toepassingen te onderzoeken.

Voor meer informatie bezoek .