激光打穿云层:高速卫星数据传输的突破
- 研究人员欲炸开云层空洞以实现高速率信息传输。
- 将使用超短高强激光丝。
- 该技术不对大气造成负面影响。
当今远距离信息传输依靠无线电波(经卫星)或地下光纤。但信息流量逐年显著增长,很快单靠无线电波传输将无法满足日常需求。
无线电波波长较长(相较激光),限制了可传输数据量;可用频段有限且成本渐增。
因此研究者转向激光技术,虽比射频复杂但安全性优势巨大。目前大气屏障是自由空间光通信 (FSO) 的主要问题之一。
日内瓦大学研究人员提出新技术:炸开云层空洞,为卫星激光信息传输铺平道路。
穿透云层
超短波长激光数据承载量是无线电波的一万倍,通道数无上限。但超短光束无法穿透雾和云,恶劣天气下无法用激光传输数据。
为解决此问题,研究人员开发更多地面站在不同地区接收激光信号,根据天气选择卫星目标地面站。
此类方案已存在,但数据传输仍依赖天气,且改变卫星配置——这是必须在通信上游处理的严重问题。
目前唯一有效方案是打穿云层传输携带信息的激光束。本研究构建超短高强激光,将空气加热至1750开尔文以上,产生冲激波径向排出光束扫过空气中的水滴,在云层全厚度上形成数厘米宽的孔洞。
参考:arXiv:1810.09800 | 日内瓦大学
采用2018年诺贝尔物理学奖技术(光学镊子)。只需保持光束照射云层,即可承载高比特率电信数据,因其频率处于千赫兹范围。
图片来源:UNIGE/Xavier Ravinet
研究人员称这是首个主动打开穿透云雾光学链路的方法。高峰值功率激光产生局部无云路径,降低第二调制光束的米散射。并声称技术不对大气造成负面影响。
实施需要多久?
研究人员正在厚度仅50厘米但密度是大气云10,000倍的人工云上测试激光。即使云在移动,激光效果良好。
下一阶段将测试更厚的雾和云(厚达1000米),密度和高度各异。这是迈向商业激光卫星通信的关键步骤,研究人员相信技术将于2025年全球实施。
工业技术