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    激光通信傳輸速度提高4800倍 取得兩項突破
    來源:    發布時間: 2015-07-26 22:45   5015 次瀏覽   大小:  16px  14px  12px
    過去一年,全球科技取得了不少突破及進展。激光通信按其應用范圍可以劃分為光纖通信和無線激光通信兩類。

    激光通信

    過去一年,全球科技取得了不少突破及進展。激光通信按其應用范圍可以劃分為光纖通信和無線激光通信兩類。激光通信技術由于其單色性好、方向性強、光功率集中、難以竊聽、成本低、安裝快等特點,引起各國的高度重視。在激光通信領域,去年較為耀眼的主要有兩大事件。
     
    雙向激光通信傳輸速度提高4800倍
     
    去年5月麻省理工學院科學家表示,他們研發出一種快速傳送大量數據、使其輕松穿越遼闊太空的方法。這可能為月球上的宇航員提供一個“寬帶網絡”。這是衛星光學組件的一個電腦輔助設計藍圖。美國宇航局的月球激光通信演示包括月球大氣與塵埃環境探測器和地球間的雙向激光通信。它展示了這樣一個方法可能傳輸大量數據。這意味著高清視頻可從地球傳送到外太空,也可能從外太空發送到地球。
     
    通過專業激光通信設備,這個科研組已進行把數據從地球傳送到月球的測試。這個記錄比以前的傳輸速度高出4800倍。麻省理工學院林肯實驗室的馬克·史蒂文斯表示:“這是我們首次公布研究成果的概述以及它是如何運作的。在軌性能非常優越,很接近我們預計的結果,這使我們相信對基礎物理學有了很好的理解?!?
     
    2013年,這個科研組的月球激光通信演示(LLCD)以每秒622兆位的下載速度在月球和地球間傳輸數據超過23.9萬英里(約合38.5萬公里)。這個傳輸速度超過任何無線電頻率(RF)系統。另外,他們還以每秒19.44兆位的傳輸速度在地球和月球間傳送數據。這個速度比迄今所用最好的無線電頻率上行鏈路高出4800倍。
     
    史蒂文斯說:“通過激光束以高數據速率把數據從地球傳送到月球目前是個挑戰,因為傳播光束所需距離高達40萬公里。光束穿越大氣時,難度加倍,因為湍流可能使接收器的信號快速衰落或中途喪失。我們演示了中等大小云衰減的耐受性以及大氣湍流誘發的較大的信號功率的變化。結果證明,即使有很少的信號余量,也會提供沒有誤差的性能?!北M管月球激光通信演示和近地任務直接相關,但這個科研組預測它還可能適用于深空任務以及火星和外行星任務。 
     
    激光脈沖實現超長距離通信
     
    去年7月29日,美國馬里蘭大學物理學教授霍華德·米爾克伯格和自己的團隊創新開發出一種可以讓空氣具備玻璃導波管一樣作用的方法。據其刊發在《光學》月刊上的論文介紹,空氣導波管的結構為:一個由低密度空氣組成的“外壁”,包裹著充滿高密度空氣的內芯。而與普通光纖一樣,外壁的折射率要低于內芯。這種結構的“空氣”導波管能夠長距離、無損耗地傳送光信號。
     
    目前的光纖產品,其結構一般由透明的玻璃管芯和低折射材料制成的包裹外皮組成。外皮的作用是當光試圖逃逸出管芯時,將其反射回來。不過,固體材料有著明顯的短板。一是能夠控制和駕馭的能量有限,二是離不開鋪設管道、安裝支架等外部支持,使其無法在諸如大氣層甚至太空這樣的特殊環境中發揮作用。
     
    霍華德團隊制造空氣導波管的方法是使用超強激光脈沖。激光脈沖能夠在空氣中電離出很細的“光絲”,而這些光絲會提高周圍空氣的溫度,令空氣擴散,并在其經過之后留下一條低密度的、內部空氣折射率低于外部氣體的空洞。
     
    光絲存在的時間短得驚人,只有約一萬億分之一秒,而空洞則可以存活幾毫秒,幾乎是激光脈沖的100萬倍?;羧A德團隊認為,正因為空氣導波管能夠較長時間存在,因而單個的它就可以傳導激光并收集信號。
     
    目前,霍華德的團隊正在致力于使空氣導波管的長度達到至少50米。憑借該技術,我們不僅可以對大氣上層或核反應堆這樣的極端環境進行化學分析,改進激光雷達的性能以繪制高分辨率的三維地形圖,最終還能在太空中的任意地方隨時交流——讓人類未來的通信方式發生質的改變。
     
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