Kan licht worden gebruikt om informatie tussen satellieten en de aarde te verzenden? Atmosferische waterdamp verstrooit en absorbeert lichtenergie, maar overwin dat obstakel, en licht zal veel meer informatie vervoeren en sneller verplaatsen dan de radiogolven waarop we momenteel vertrouwen. Een nieuw onderzoeksproject, ondersteund door het National Geospatial-Intelligence Agency, stelt voor om de eigenschappen van licht zelf te gebruiken om een ​​pad voor gegevens door de wolken te slaan.

"Mijn werk is het begrijpen van de bestanddelen van licht en het manipuleren ervan om met materie in wisselwerking te staan. we hebben meer vooruitgang gezien in het gebruik van licht voor biomedische beeldvorming en kwantumcomputers, maar de fundamentele eigenschappen van het manipuleren van licht zijn hetzelfde, en licht kan worden gemaakt om dit werk te doen, " zei Moussa N'Gom, een assistent-professor natuurkunde aan het Rensselaer Polytechnic Institute.

Met behulp van licht om gegevens draadloos te verplaatsen, bekend als optische communicatie in de vrije ruimte, is gebruikelijk in toepassingen die slechts een korte afstand hoeven te reizen, zoals infrarood afstandsbedieningen. Maar de betrouwbaarheid kwaliteit, en de stabiliteit van door licht doorgelaten gegevens keldert bij gebruik over een aanzienlijke afstand in de atmosfeer van de aarde. Net zoals zonlicht de wolken verwarmt en breekt in een diffuse gloed, gegevens die als licht reizen, worden verstrooid en verloren tussen de gassen van de atmosfeer.

In zijn laboratorium, N'Gom manipuleert de drie hoofdcomponenten van licht:polarisatie, die de richting van het elektrische veld van licht regelt; fase, die verandert hoe licht interageert met zijn omgeving; en de amplitude van lichtgolven - om gespecialiseerd licht te creëren met ongebruikelijke mogelijkheden. Hij kan licht gebruiken om levend weefsel in beeld te brengen, snij harde materialen met precisie, of optische communicatie verbeteren.

Om gegevens door de atmosfeer te sturen, N'Gom gebruikt een laser die is geconfigureerd om een ​​lichtpuls te genereren die zo kort is, intens, en uniform dat het een kleine plasmabol zal creëren - een oververhit gas gecreëerd door de interactie tussen de puls en de waterdamp van wolken - in de lucht langs het pad van het licht.

De plasmabol blijft energie absorberen van extra pulsen, wat er op zijn beurt voor zorgt dat het tegemoetkomende pulsen opnieuw focust en omleidt en een extra plasmabol langs het pad van het licht genereert. Dan herhaalt de cyclus zich.

Dit trapsgewijze effect, als gevolg van de repetitieve interactie tussen de reeks pulsen en het plasma, kan een laserfilament van wel 100 meter genereren. Langs dat filament, de plasmabolletjes produceren een akoestische golf die de waterdamp eromheen verspreidt. En in de heldere tunnel die zich vormt rond de lasergloeidraad en zijn plasma-omhulsel, N'Gom kan een tweede donutvormige gegevensstroom van licht leveren die van de ruimte naar de aarde reist zonder te verslechteren.

Elke puls duurt slechts in de orde van een femtoseconde, 10X-15 seconden, een ongelooflijk korte tijd waarin licht ongeveer 6 micron reist, of de breedte van een mensenhaar.

"In deze zeer zeer korte tijd, Ik kan heel snel veel energie leveren, alles in een keer, ' zei N'Gom. 'En dat breekt de sfeer. Het is heel kort, maar het is zo sterk en gefocust op een bepaald punt, en je hebt er een hele rij van, een gat door de wolken creëren dat we kunnen gebruiken om informatie te verzenden."

Hoewel elke puls is samengesteld uit licht in het zichtbare spectrum - met golflengten tussen 400 en 800 nanometer - en een enorme hoeveelheid energie bevat voor de duur ervan, ze zijn zo kort dat het systeem niet zichtbaar is, noch schade aan het leven of het milieu.

Het project, "Free Space Optical Communication Through Dynamic Media" wordt ondersteund met een driejarige $ 600,- 000 subsidie.