Команда фізиків змогла посилити оптичний промінь при проходженні крізь туман, що зазвичай провокує спотворення сигналу. Для цього сигнальний промінь вирішили закрутити у бублик, а шлях крізь туман йому проклав лазерний філамент, який супроводжувала акустична хвиля. Експеримент фізиків допоможе покращити технології оптичного зв'язку. Його результати опубліковані у Journal of Applied Physics.
Передаваний сигнальний промінь (а), а також його проходження за допомогою створеного лазером каналу (б). Tianhong Wang et al. / Journal of Applied Physics, 2023
Що робили фізики?
Якби для супутникового зв'язку використовувалося оптичне випромінювання замість радіосистем, це дозволило б значно збільшити швидкість передачі даних, оскільки порівняно з радіодіапазоном, оптичний забезпечує вищі частоти з ширшою смугою пропускання. однак, головним ворогом такого підходу залишаються хмари: флуктуації амплітуди та спотворення хвильового фронту, викликані атмосферною турбулентністю, серйозно впливають на якість зв'язку.
У своїй роботі фізики з Ренселарського інституту та Мічиганського університету, що в США, вирішили полегшити шлях оптичному сигналу через туман за допомогою ефектів лазерної філаментації.
Що може зробити лазер?
Філаментацією називають явище утворення протяжних тонких волокон лазерного випромінювання. Воно провокує появу області зі зниженою щільністю через нагрівання молекул повітря вздовж філамента, а також супроводжується звуковою хвилею, яка очищує навколо волокна простір та може стати каналом для передавання сигналу. Щоб випробувати його, експериментатори супроводжували лазерним філаментом оптичний сигнальний промінь крізь камеру з водяним туманом.
Науковці використовували титан-сапфіровий лазер з довжиною хвилі у 810 нанометрів, а також діодний лазер з довжиною хвилі у 635 нанометрів, який випускав сигнальний промінь. Сигнальний промінь дослідники закручували у бублик, що дозволило уникнути інтерференції обох променів.
Експериментальна установка вчених, на (b) i (c) зображений лазерний філамент у повітрі та у тумані в камері. Tianhong Wang et al. / Journal of Applied Physics, 2023
Чим допоміг лазер?
Інтенсивність переданого сигналу фізики оцінювали за його потужністю при потраплянні у фотопомножувач. З використанням лазера в камері вона змінювалась від 68 до 130 нановат, тобто присутність філамента посилила передаваний сигнал більш ніж на 90 відсотків. А співвідношення сигнал-шум збільшилося майже вдвічі. У майбутньому науковці планують повторити свої експерименти й в інфрачервоному діапазоні.
Раніше ми розповідали, як за допомогою явища філаментації фізикам вдалося відвести удар блискавки.