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激光打穿云层:高速卫星数据传输的突破

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。

延伸阅读:DARPA将利用激光光源为飞行中的小型飞机供电

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。


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