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軍工航天新聞

新型激光系統(tǒng)取得突破性進(jìn)展,穿越地球的大氣層如入無(wú)物之境

來(lái)源:騰訊企鵝號(hào)2021-03-30 我要評(píng)論(0 )   

失去我們星球的氣體保護(hù)氣泡并不是一個(gè)受歡迎的選擇。但是,澳大利亞和法國(guó)的研究人員已經(jīng)合作設(shè)計(jì)了下一個(gè)最好的東西——一個(gè)通過(guò)鏡子輕拂的風(fēng)流引導(dǎo)光線穿過(guò)暴風(fēng)雨的...

失去我們星球的氣體保護(hù)氣泡并不是一個(gè)受歡迎的選擇。但是,澳大利亞和法國(guó)的研究人員已經(jīng)合作設(shè)計(jì)了下一個(gè)最好的東西——一個(gè)通過(guò)鏡子輕拂的風(fēng)流引導(dǎo)光線穿過(guò)暴風(fēng)雨的氣流的系統(tǒng)。

失去我們星球的保護(hù)性氣體泡沫并不是一個(gè)普遍的選擇。但是澳大利亞和法國(guó)的研究人員已經(jīng)合作設(shè)計(jì)出了下一個(gè)最好的東西——一個(gè)通過(guò)鏡子引導(dǎo)光線穿過(guò)洶涌氣流的系統(tǒng)。其結(jié)果是激光鏈路能夠在大氣層中保持其自身的穩(wěn)定性,其穩(wěn)定性達(dá)到前所未有的程度。

雖然天文學(xué)家有一些技巧可以用來(lái)糾正大氣對(duì)入射光的扭曲,但要將一束相干的光子從地面發(fā)射到一個(gè)遙遠(yuǎn)的接收器,使它們保持在同一個(gè)點(diǎn)上,這是一個(gè)挑戰(zhàn)。

通過(guò)數(shù)百公里的空中移動(dòng),保持傳輸在目標(biāo)上并保持一致——其相位保持整齊一致——將使我們能夠連接高精度的測(cè)量工具和通信系統(tǒng)。

衛(wèi)星可以更精確地探測(cè)礦石或評(píng)估地下水位;高速數(shù)據(jù)傳輸需要的功率更少,且包含更多的信息。

主要作者本·迪克斯·馬修斯是澳大利亞國(guó)際射電天文學(xué)研究中心的電氣工程師,他向澳洲科技新聞網(wǎng)(Sciencealert)解釋了這項(xiàng)技術(shù)。

“有源終端基本上使用一個(gè)小型的四像素?cái)z像頭,用來(lái)測(cè)量接收到的光束的橫向移動(dòng)?!钡峡怂埂ゑR修斯說(shuō),“然后,這個(gè)位置測(cè)量被用來(lái)主動(dòng)控制一個(gè)可操縱的反射鏡,使接收到的光束保持在中心位置,并消除由大氣引起的側(cè)向運(yùn)動(dòng)?!?/p>

實(shí)際上,該系統(tǒng)可以用來(lái)補(bǔ)償三維空間中移動(dòng)空氣的扭曲效應(yīng)——不只是上下或左右移動(dòng),而是沿著光束的軌跡移動(dòng),從而保持連桿的中心位置及其相位的有序。

到目前為止,它只在265米(約870英尺)的相對(duì)較短距離內(nèi)進(jìn)行了測(cè)試。在發(fā)射器和接收器之間的地下鋪設(shè)了大約715米(不到半英里)的光纜,用來(lái)傳輸光束進(jìn)行比較。結(jié)果非常穩(wěn)定,可以用來(lái)連接各種用于測(cè)試基礎(chǔ)物理的光學(xué)原子鐘,比如愛因斯坦的相對(duì)論。

隨著概念證明的演示,沒(méi)有理由認(rèn)為類似的技術(shù)有一天不會(huì)瞄準(zhǔn)天空,甚至更遠(yuǎn)。盡管有一些障礙需要首先克服。

“在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中,我們必須用與穩(wěn)定的紅外光束一致的可見光波導(dǎo)激光器,用手進(jìn)行初始對(duì)準(zhǔn)?!钡峡怂埂ゑR修斯在接受澳洲科技新聞網(wǎng)(Sciencealert)采訪時(shí)說(shuō),“在光學(xué)原子鐘之間建立連接時(shí),最好有一種更容易實(shí)現(xiàn)這種粗對(duì)準(zhǔn)的方法。”

幸運(yùn)的是,迪克斯·馬修斯的法國(guó)合作者正在研制一種能夠加速初始粗對(duì)準(zhǔn)過(guò)程的裝置,有望開發(fā)出無(wú)需如此復(fù)雜設(shè)置的第二代激光鏈路技術(shù)。

研究小組還發(fā)現(xiàn),設(shè)備中的溫度變化影響了相位的穩(wěn)定性,將信號(hào)的持續(xù)時(shí)間限制在100秒左右。這個(gè)障礙也將是未來(lái)改進(jìn)的重點(diǎn)。

我們可能不需要等待很長(zhǎng)時(shí)間,研究人員已經(jīng)在系統(tǒng)升級(jí)方面取得進(jìn)展。

“我們已經(jīng)開始使用高功率激光放大器,這將有助于我們應(yīng)對(duì)遠(yuǎn)距離(如太空)可能出現(xiàn)的更大功率損耗?!钡峡怂埂ゑR修斯說(shuō),“我們還完全重建了有源終端,使其對(duì)低接收功率更加敏感,更有效地抵消了接收波束的移動(dòng)?!?/p>

隨著軌道技術(shù)迅速成為許多數(shù)據(jù)提供商的一個(gè)主要關(guān)注點(diǎn),可能會(huì)用衛(wèi)星填滿我們的天空,使我們的大氣層中的通信系統(tǒng)連接起來(lái)的創(chuàng)新只會(huì)變得更受追捧。盡管我們的大氣層有助于我們所有人的生存,但埋在一層不安的熱氣之下肯定有一些不利因素。


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