採用雷射燈絲實現從太空到地球的數據傳輸

2020-12-06 江蘇雷射產業創新聯盟

通過脈衝雷射和等等離子層 的相互作用造成的雷射燈絲來製造出的雷射燈絲，使得通過大氣幹擾傳輸光數據到星球中成為可能

光是否可以用來在星球和地球之間進行傳輸信息？大氣中的水蒸氣的散射和吸收光的能量，但克服這些障礙，光就會攜帶更多的信息和移動的速度可以比當前的無線電波的速度要快的多。一個新的研究項目，在美國國家地理空間情報局 （National Geospatial-Intelligence Agency）的支持下，提出利用光本身的性質來通過大氣倆傳輸數據。

我們的研究工作就是理解光的構成要素和操控光來與物質進行相互作用。在近些年來，我們觀察到使用光在生物醫學影像和量子計算機等方面的先進進展，但操控光的基本性質是一樣的，同時光可以用來作這些事情，Moussa N'Gom說到，他系倫斯勒理工學院的物理學專業的助理教授。

使用光來進行無線的傳輸數據，也就是人們常說的自由空間光通信，在需要短距離傳輸的時候是非常常見的應用技術，如同紅外遠程控制單元一樣簡單。但光傳輸的數據在可靠性，質量以及穩定性等方面在地球大氣層中的相當大的距離的條件下傳輸的時候卻會迅速的下降。正如太陽光會加熱雲層和使其產生折射進入到擴散亮光中一樣，利用光進行的數據傳輸同樣也會在大氣中發生散射和消逝。

在他的實驗室中，Moussa N'Gom操控三個主要的光組件進行偏振(化)，這是控制光的電場的方向的；相位，這是改變光如何同環境相互作用的；以及光波的(聲音、無線電波等的) 振幅，製造出特定的不同功用的光。他使用光來對活體的組織進行影像，精密的切割硬的材料或提高光的通信效果。

歐洲對外發布的首次實現的高能空地雷射通訊系統（歐洲國際空間站外部平臺Bartolomeo）

為了從大氣中傳輸數據，Moussa N'Gom使用雷射按照特定的方式進行配置這一雷射，來產生光的脈衝，這一脈衝非常的短暫，強度非常高，非常均勻，以至於可以創造出非常小的等離子體大氣，這是一種被脈衝雷射和雲層中的水蒸汽的相互作用而製造出來的一個過熱氣體，在空氣中沿著光的途徑形成。

等離子體大氣持續的吸收來自額外的脈衝所帶來的能量，反過來導致它重新聚焦和重新定向接下來的脈衝，並沿著光的路徑生成額外的等離子大氣。緊接著這些循環持續的進行。

這一研究對學術界的影響，在於導致脈衝列車和等離子體之間的重複交互作用，可以導致產生的雷射燈絲的距離長達100米，沿著這些燈絲，等離子大氣可以產生聲波而在周圍的水蒸汽中進行消散。在雷射燈絲的周圍和它的等離子外殼燈絲周圍形成的無障礙隧道，Moussa N'Gom 可以傳輸一個二次甜甜圈形狀的光數據流，從空間（天）傳輸到地球中，性能而不下降。

每一雷射脈衝持續的時間只有飛秒的數量級，即10X-15秒，是一種非常短的時間，短到令人不可想像，如同光在人的頭髮絲的寬度中傳輸。

在這一非常非常短的時間內，我們可以非常快速的傳輸大量的能量，所有的在一瞬間就完成了，Moussa N'Gom，這打破了大氣的邊界，它非常的短，但它同時卻在一點上具有非常的強和聚焦的特點。你可以擁有一整條線，通過雲層創造出一個洞，從而我們可以利用這個洞來傳輸信息。

澳大利亞的光通訊系統

儘管每一脈衝組成的光處於可見光的光譜範圍內，其波長為400到800nm，可以儲存大量的能量，他們可以非常短以至於系統可以幾乎不可見，不會對生命造成損害或不會對環境造成損傷。

這一項目是「通過動態介質的自由空間光通信」，獲得了三年的支持，資助金額為$600,000

來自：倫斯勒理工學院(Rensselaer Polytechnic Institute,簡稱 RPI）以及繼續教育/Microcom Systems/Solstice Media。

斯勒理工學院(Rensselaer Polytechnic Institute,簡稱 RPI)成立於1824年，校園面積為296英畝。位於美國東北部紐約州的特洛伊（Troy）。小城依山傍水，古樸寧靜，緊鄰紐約州首府Albany，交通十分便利。倫斯勒理工學院是全美最早的工科大學，二戰期間是美國軍隊的重要研究機構和教育機構。首次把人類送上月球的阿波羅11號計劃的總指揮George Low就是畢業於RPI。由於倫斯勒理工學院對美國航天事業的貢獻，校旗也成為美國國旗之外唯一被置放在月球上的旗幟，令每一位倫斯勒學生引以為豪。

倫斯勒理工學院的創建原則就是將科學帶入日常生活中，而這種精神在今天依舊保持著。學校共設七個學院，提供 100 多個學習項目,1000 多個課程，提供本科、碩士、博士學位。學校還利用其科學專業提供獨特的加速課程，如七年制完成的BS / MD醫師科學家項目，以及科學、技術、社會法學的B.S./J.D.項目需要僅需六年時間完成。RPI與許多美國著名公司如GE、GM、AT&T、LUCENT、IBM等有著廣泛的聯繫。PRI 既向這些科技公司輸送高質量人才，又從這些公司獲得多方面的支持和資助。知名校友包括防曬霜的發明者Howard P. Isermann，現代電視之父Dr.Allen B.Dumont和電子郵件的發明者Raymond Tomlinson。

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