Laser-Gegenereerde Wolkengaten: Doorbraak Voor Hogesnelheid Satellietdata

• Onderzoekers willen gaten in de wolken blazen om informatie met hoge snelheden te transmitteren.
• Hiervoor zullen ze ultrakorte hoge-intensiteit laserfilamenten gebruiken.
• De technologie laat geen negatieve impact op de atmosfeer achter.

Tegenwoordig wordt langafstandsinformatie getransporteerd via radiogolven (via satellieten) of ondergrondse optische vezels. Echter, de informatiestroom neemt elk jaar aanzienlijk toe en binnenkort zal het niet meer mogelijk zijn om de dagelijkse vraag te voldoen door alleen data via radiogolven te transmitteren.

Omdat radiogolven langere golflengtes hebben (vergeleken met laser), beperken ze de hoeveelheid data die overgedragen kan worden. Ook zijn de beschikbare frequentiebanden beperkt en steeds duurder.

Daarom verleggen onderzoekers nu hun focus naar lasertechnieken, die veel complexer zijn dan radiofrequenties maar talloze voordelen hebben op het gebied van beveiliging. Op dit moment zijn atmosferische barrières een van de grootste problemen voor vrije-ruimte optische communicatie (FSO).

Nu zijn onderzoekers van de Universiteit van Genève, Zwitserland, met een techniek gekomen die het insnoeren van gaten in de wolken omvat om de weg vrij te maken voor informatie die via laser van een satelliet wordt getransmitteerd.

De Wolken Doordringen

Lasers met ultrakorte golflengtes kunnen tienduizend keer meer data dragen dan radiogolven, en er is geen limiet aan het aantal kanalen. Echter, deze ultrakorte bundels kunnen geen mist en wolken doordringen. Dus bij slecht weer kunt u eigenlijk geen data met lasers transmitteren.

Om dit probleem op te lossen, ontwikkelen onderzoekers nu meer grondstations die laser signalen in verschillende regio's kunnen ontvangen. Het doel is om station(s) te selecteren die door satelliet(s) worden getarget, afhankelijk van het weer.

Dit type oplossingen bestaat al, maar data transmissie hangt nog steeds af van weersomstandigheden. Ook verandert het de configuratie van satelliet(s) – een serieus probleem dat upstream van de communicatie verwerkt moet worden.

Voor nu is de enige effectieve oplossing om een gat door de wolken te maken om de laserbundel die informatie draagt te transmitteren. In deze studie hebben auteurs iets soortgelijks gedaan: ze hebben een ultrakorte hoge-intensiteit laser gebouwd die de lucht verhit tot meer dan 1750 Kelvin en een schokgolf genereert om de waterdruppels radiaal uit de bundel te expelleren uit de lucht die het afveegt. Dit produceert een gat van enkele centimeters breed over de volledige dikte van de wolk.

Referentie: arXiv:1810.09800 | Universiteit van Genève

Ze gebruikten dezelfde lasertechnologie die de Nobelprijs voor Natuurkunde 2018 heeft gewonnen (optische pincetten). U hoeft de bundel alleen op de wolk te richten en het zal hoge bitrate telecom data dragen, omdat de frequentie in het kilohertz-bereik ligt.

Credit: UNIGE/Xavier Ravinet

Volgens de onderzoekers is dit de eerste actieve methode die een optische link door wolken en mist openen. De hoge piekvermogen laser produceert een lokaal wolkloos pad met verminderde Mie-verstrooiing voor de tweede, gemoduleerde bundel. Ze claimen ook dat hun technologie geen negatieve impact op de atmosfeer heeft.

Hoe Lang Duurt Het Om Dit Te Implementeren?

Onderzoekers testen de lasers momenteel op kunstmatige wolken die een dikte van slechts 50 centimeter hebben, maar 10.000 keer dichter zijn dan atmospherische wolken. De lasers werken uitstekend in deze opzet, zelfs als de wolk beweegt.

Lees ook: DARPA Gaat Laser Lichtbron Gebruiken Om Kleine Vliegtuigen In De Lucht Te Voeden

In de volgende testfase zullen ze dikker mist en wolken gebruiken (tot 1.000 meter dik) met verschillende dichtheden en hoogtes. Het is een cruciale stap naar commerciële laser-satellietcommunicatie, en onderzoekers geloven dat de technologie wereldwijd geïmplementeerd zal zijn tegen 2025.