Kā Darbojas Lāzera Komunikācija

{h1}

Lāzera sakari var būt noderīgs avots kosmosā un šeit uz zemes. Uzziniet vairāk par lāzera sakariem vietnē WordsSideKick.com.

Kad lāzeri pirmo reizi tika izgudroti, tos sauca par risinājumu, kas meklē problēmu. Visi domāja, ka tie ir tik forši kā Bose-Einšteina kondensāts, bet neviens nezināja, ko darīt ar šīm ierīcēm, kas varētu radīt ļoti fokusētu gaismas staru.

Mūsdienās lāzeri ir kļuvuši par vienu no vissvarīgākajām tehnoloģijām pasaulē, ko izmanto nozarēs, sākot no informācijas tehnoloģijām līdz telekomunikācijām, medicīnai, plaša patēriņa elektronikai, tiesībaizsardzībai, militārajam aprīkojumam, izklaidei un ražošanai.

Jau no pirmajām lāzera attīstības dienām pētnieki saprata, ka gaisma var pārspēt radio informācijas ātruma un blīvuma ziņā. Tā nonāca līdz fizikai. Gaismas viļņu garums tiek iesaiņots daudz blīvāk nekā skaņas viļņi, un tie sekundē pārraida vairāk informācijas un ar spēcīgāku signālu. Lāzera sakari, ja tie tiks sasniegti, būs lodes vilciens uz radio vagona vilcienu [avoti: Hadhazy; Thomsen].

Savā ziņā lāzeri sakaros tiek izmantoti gadiem ilgi. Katru dienu mēs ar lāzeru pārsūtām informāciju, lasot kompaktdiskus un DVD diskus, skenējot svītru kodus kasēs vai pieskaroties tālruņa vai interneta pakalpojumu optiskās šķiedras pamatam. Tagad pie horizonta ir tiešāka pieeja, kas ļaus nodrošināt lielu caurlaidību no viena punkta uz otru - lielos attālumos, caur gaisu vai kosmosu, ar nelielu datu zudumu.

Ir pagājis kāds laiks, kamēr šeit nokļuvu. Jau 1964. gadā NASA demonstrēja ideju lidmašīnu sakariem izmantot lāzerus. Ideja bija pārveidot pilota balsi vispirms elektriskos impulsos, pēc tam gaismas starā. Uz zemes esošais uztvērējs tad mainītu procesu [avots: Science News Letter]. 2013. gada oktobrī NASA saprata un tālu pārsniedza šo redzējumu, kad kuģis, kas riņķo ap Mēnesi, ar impulsa lāzera staru nosūtīja datus uz Zemes staciju - 239 000 jūdžu (384 600 kilometru) pārraidi ar nedzirdētu lejupielādes ātrumu 622 megabiti sekundē. (Mb / s) [avots: NASA]. Salīdzinājumam - ātrgaitas patērētāju datu plānus parasti mēra desmitos megabitu.

Ātrgaitas, augsts blīvums ir spēles nosaukums. Lielāko savas vēstures daļu NASA ir veikusi pārdrošus izpētes uzdevumus, lai tos kavētu tikai iezvanpieejas lejupielādes ātruma ekvivalents. Izmantojot lāzera sakarus, aģentūra nonāk ātrgaitas vecumā, cita starpā atverot iespējas augstas kvalitātes video pārraidēm no nākamajiem rovers.

NASA nav viena. Kriptogrāfi un drošības eksperti uz lāzeriem raugās kā uz stingri izstarotu, gandrīz tūlītēju piegādes sistēmu, savukārt Volstrītas jaunās šķirnes augstas frekvences tirgotāji ir gatavi maksāt lielus dolārus par jebkuru savienojamību, kas var noskūties milisekundēs no sava tirdzniecības laika. Datoru ražotāji, sasniedzot robežas tam, kas sasniedzams ar varu un silīciju, pēta arī iespējamos lāzera pielietojumus.

Kad ātrums ir viss un gaisma iezīmē Visuma ātruma ierobežojumu, lāzers noteikti ir atbilde - ja tehnoloģiju var padarīt praktisku.

Nākamā labākā lieta būt tur

Komunikāciju tehnoloģiju mērķis ir ātri, pilnīgi un precīzi nodot informāciju. Ja jūs kādreiz esat pavakariņojuši ar slavu, tad jūs zināt, cik maz informācijas trokšņa siena var saturēt; ja jūs kādreiz esat spēlējis spēles tālruni, esat pieredzējis, kā var slikti pārraidīt nozīmi.

Vēsturiski tālsatiksmes sakari ir palielinājuši šīs grūtības. Pārraide - ar bungu, ugunskuru, dūmiem, karogu vai gaismu - vispirms jāveic tulkojums obligāti vienkāršā kodā. Telegrāfa kabeļi un Morzes kods padarīja sarežģītu pārraidi iespējamu, bet dārgu, atkal nodrošinot īsuma tikumu.

Mūsdienu elektroniskajai saziņai ir nepieciešama nosūtīšanas ierīce, kas var kodēt visus datus pārraidemā formā, un uztvērējs, kas var atšķirt ziņojumu (signālu) no apkārtējās līnijas statisko (troksni). Informācijas teorija, matemātiskais modelis, kuru 1948. gadā izveidoja ASV inženieris Klods Šenons, nodrošināja sistēmu, kas galu galā atrisināja šo problēmu un padarīja iespējamas tādas tehnoloģijas kā mobilais tālrunis, internets un modems [avots: National Geographic].

Principā lāzera sakaru sistēmas atgādina modemus, kurus savās mājās esam izmantojuši kopš interneta parādīšanās. Modems apzīmē modulāciju-demodulāciju - procesu, kurā digitālā informācija tiek pārveidota par analogo nosūtīšanai, pēc tam atkal atpakaļ. Agrīnie akustiskie modemi pārsūtīšanai pa tālruņa līnijām izmantoja skaņas viļņus. Optiskie modemi pārvietojas no skaņas uz augstākas frekvences spektra daļu, gaismu.

Tas nav pilnīgi jauns jēdziens. Audiovizuālās ierīces ar optisko audio, piemēram, daudzos DVD atskaņotājos, izmanto modemam līdzīgu ierīci ar nosaukumu a transmisijas modulis pārveidot ciparu signālus LED vai lāzera gaismā, kas pēc optiskā kabeļa nonāk mērķa komponentā, piemēram, televizorā vai audio uztvērējā. Tur a gaismas uztveršanas modulis pārvērš gaismu atpakaļ digitālā elektriskā signālā, kas piemērots skaļruņiem vai austiņām.

NASA koncepcijas pierādījums Mēness lāzera sakaru demonstrācija (LLCD), ko izstrādājusi MIT Linkolna laboratorija, izmanto līdzīgu sistēmu, bet neizmanto šķiedru par labu lāzera pārvadei pa gaisu un kosmosu (dažreiz to sauc arī par brīvās vietas optiskā komunikācija, vai FSO). LLCD izmanto trīs komponentus:

  1. Modema modulis (MM)
  2. Optiskais modulis (OM), kas sūta un saņem modulētus lāzera starus ar 4 collu (10 centimetru) teleskopu
  3. Kontroliera elektronikas (CE) modulis, kas savieno pirmos divus. CE arī saista LLCD ar orbiteru, NASA Mēness atmosfēras un putekļu vides pētnieku (LADEE), un veic svarīgus uzdevumus, piemēram, secības noteikšanu, stabilizēšanu un komandu un telemetrijas pārsūtīšanu [avoti: Britannica; NASA; NASA].

Līdz ar eksperimenta panākumiem lāzera sakaru nākotne vienkārši kļuva mazliet gaišāka, bet vai šādām tehnoloģijām ir tirgus ārpus kosmosa aģentūras? Jūs derējat, ka ir.

Šķiedru optika joprojām ir karalis

Šķiedru optika, ko pirmo reizi 1952. gadā padarīja praktisku britu fiziķis Harolds Hopkinss, pakāpeniski pārspēja elektronisko kabeli, jo tehnoloģiju uzlaboja precīzāk noskaņojami lāzeri un augstākas kvalitātes šķiedra. Mūsdienās tā ir komunikāciju tehnoloģija - vismaz līdz brīdim, kad FSO komunikācija kļūst efektīvāka un efektīvāka. Tehnoloģija, kas pārraida datus, izmantojot gaismas impulsus, kas atlec no iekšēji atstarojoša stikla vai plastmasas kabeļa, var pārvadāt vairāk informācijas sekundē lielākos attālumos un bez pasliktināšanās nekā elektriskie impulsi gar vara stieplēm [avots: National Geographic; Thomsen].

Lāzera sakaru lietojumprogrammas: no kosmosa līdz Wall Street

Lāzera sakari var būt noderīgs solis kosmosa izpētē, taču daudz zemiskākas aktivitātes noteiks tā kā komerciālās tehnoloģijas likteni.

Ņemiet, piemēram, uz Volstrītas jauno šķirni ātrgaitas tirgotājus, kas izmanto kvantitatīvās analīzes jaudu, augstākās kvalitātes platjoslas ātrumu un daudzkārtīgus mikrotransakcijas, lai nopelnītu ieņēmumus pa vienam frakcijas santīmam vienlaikus. Uzņēmējdarbībai, kas balstīta uz "robo-tirgotājiem", datoru algoritmi, kas milisekundēs veic darījumus saskaņā ar noteikumu kopumu, pārraides laiks ir nauda, ​​un lāzeri ir visātrākā spēle pilsētā [avoti: Adlers; CBS ziņas; Strasbūra].

Lai pēc iespējas labāk izmantotu katru tirdzniecību, tādi uzņēmumi kā Spread Networks ieguldīja vislabākajā pieejamajā šķiedrā un izgrieza katru veidolu un līkni, ko viņi varēja iegūt no datu šļūtenēm, kas savieno tirdzniecības galvaspilsētas, piemēram, Čikāgu, Ņujorku, Londonu un Tokiju (katra papildu jūdze palielina aptuveni astoņas mikrosekundes līdz datu turp un atpakaļ). Kad tas nebija pietiekami ātrs, citas grupas, piemēram, McKay Brothers un Tradeworx, apmeta optisko šķiedru malā par labu mikroviļņu krāsnīm, ko staro gaisā. Lai arī jaudas un ātruma ziņā tas ir tikai soli virs radio, mikroviļņi caur gaisu pārvietojas ātrāk nekā gaisma caur optisko šķiedru [avoti: Adlers; Strasbūra].

Lāzeri potenciāli varētu sasniegt visātrāko ātrumu; Gaismas ātrums caur gaisu ir gandrīz tikpat straujš kā vakuumā, un tas varētu šķērsot 720 jūdzes (1160 kilometrus), kas atdala Ņujorku un Čikāgu, aptuveni 3,9 milisekundēs - turp un atpakaļ (aka latentums) 7,8 milisekundēs, salīdzinot ar 13,0–14,5 milisekundes jaunām optiskās šķiedras sistēmām un 8,5–9,0 milisekundes mikroviļņu raidītājiem [avots: Adlers].

Drošības jomā lāzeri un citas optisko sakaru sistēmas piedāvā drošākus sakarus un līdzekļus to noklausīšanai. Kvantu kriptogrāfija izmanto kvantu fizikas īpašību priekšrocības, proti, tā, ka trešā persona nevar atklāt fotoniskās šifrēšanas atslēgas kvantu stāvokli, to nemainot, un tāpēc to nevar atklāt - izveidot ļoti drošu komunikāciju, izmantojot fotonu starus, ko rada novājināti lāzeri [avoti: Grant; Waks et al.]. 2008. gada rudenī Vīnes pētnieki sāka eksperimentēt ar kvantu internetu, kas daļēji balstījās uz šo principu [avots: Castelvecchi]. Diemžēl arī lāzeri ir izmantoti, lai pārtvertu un sagrozītu šādus signālus ne kvantitatīvā veidā, tādējādi apiet atklāšanu. Kvantu šifrēšanas uzņēmumi strādā, lai risinātu problēmu [avoti: Dillow; Lydersen et al.].

Faktiski galvenie lāzera sakaru trūkumi atmosfērā ir saistīti ar lietus, miglas vai piesārņotāju traucējumiem, taču, ņemot vērā tehnoloģijas priekšrocības, šie jautājumi, visticamāk, neaptur tehnoloģiju progresu. Tātad, burtiski vai pārnestā nozīmē, debesis ir lāzera sakaru tehnoloģiju robeža.

1,001 lietojumi lāzera komunikācijai

Ātrgaitas datu komunikācija starp tīkliem ir tikai aisberga redzamā daļa, kas iespējams ar lāzera sakariem, no kuriem daudzi rodas no nepieciešamā fiziskā savienojuma trūkuma. Sijas var savienot datoru mikroshēmas datoros, šķērsot zemes un ceļus, neprasot pa ceļam vai īpašumtiesībām, un tās var uzstādīt kā pagaidu tīklus cīņu laikā vai katastrofu apstākļos. Tie var nodrošināt tīkla dublēšanu, savienot esošos optiskos tīklus vai tuvināt mūs konverģētajai balss datu infrastruktūrai - visi ar lielu ātrumu, zemu kļūdu līmeni un imunitāti pret elektromagnētiskiem traucējumiem [avoti: Carter un Muccio; Markoff].

Autora piezīme: Kā darbojas lāzera komunikācija

Lāzera sakari ir vēl viens lielisks piemērs tam, kā mēs dzīvojam nākotnē, taču es to vienmēr saistīšu ar pagātnes epizodi. Aukstā kara laikā Leons Termīns - video savstarpējo savienojumu izgudrotājs, kā arī zinātniskās fantastikas filmu skaņdarbos dzirdams vārdamāsa elektriskais instruments - izstrādāja gaismas balstītu klausīšanās ierīci, kas spēj attālināti uzmeklēt biroju (tā faktiski bija mazjaudas infrasarkano staru, nevis lāzeru). Tas darbojās, nosakot vibrācijas stikla rūtī, ko rada skaņas spiediens, ko rada balss mērķa telpā. Padomnieki izmantoja šo ierīci, mūsdienu lāzermikrofonu priekšteci, lai noklausītos dažādās vēstniecībās Maskavā.

Kā Darbojas Lāzera Komunikācija


Video Papildinājums: .




Pētniecība


Vairāku Slepkavu Iznīcinātie Mamuti
Vairāku Slepkavu Iznīcinātie Mamuti

Sviesta Govs Palaidnība Neko Nepalīdz Izraisīt Dzīvniekus (Op-Ed)
Sviesta Govs Palaidnība Neko Nepalīdz Izraisīt Dzīvniekus (Op-Ed)

Zinātne Ziņas


Atvainojiet, Tobijs - Ziemas Vētrām Nav Vārdu (Izņemot Kabeļu Ziņas)
Atvainojiet, Tobijs - Ziemas Vētrām Nav Vārdu (Izņemot Kabeļu Ziņas)

6 Veidi, Kā Apple Izjauc T. Rex Emocijzīmes
6 Veidi, Kā Apple Izjauc T. Rex Emocijzīmes

Drošāka Nezāle? Eksperti Aicina Veikt Pētījumus, Lai Samazinātu Marihuānas Kaitējumu
Drošāka Nezāle? Eksperti Aicina Veikt Pētījumus, Lai Samazinātu Marihuānas Kaitējumu

Fosilo Zobu Šova Zīdītāji Uzplauka Pirms Dino Mirst
Fosilo Zobu Šova Zīdītāji Uzplauka Pirms Dino Mirst

Pudele Pret Brūvētu: ​​Pētījums Atklāj Veselīgākās Tējas
Pudele Pret Brūvētu: ​​Pētījums Atklāj Veselīgākās Tējas


LV.WordsSideKick.com
Visas Tiesības Aizsargātas!
Pavairošana Materiālu Atļauts Tikai Prostanovkoy Aktīvu Saiti Uz Vietni LV.WordsSideKick.com

© 2005–2024 LV.WordsSideKick.com