Безпроводная передача информации со скоростью оптоволокна

Самым эффективным способом передачи информации с помощью импульсов света, безусловно, является оптическое волокно. Но, оптоволокно требует прокладки трасс, промежуточных устройств-повторителей, оно со временем теряет свои оптические свойства и не способно пропустить через себя импульсы света большой мощности. Теперь представьте себе, что стало возможным передавать сфокусированные импульсы света прямо через воздух с эффективностью, не уступающей эффективности передачи импульсов через оптическое волокно. Именно это продемонстрировала в своей лаборатории группа ученых из университета Мэриленда.

В традиционном оптическом кабеле свет распространяется по прозрачному волокну. Каждое из волокон имеет оболочку из материала с более низким коэффициентом преломления света. В результате этого, когда свет пытается выйти за пределы оптического волокна, он отражается оболочкой обратно, сохраняя свою фокусировку и интенсивность.

Почти на таком же принципе основана работа "воздушных световодов", разработанных группой ученых, возглавляемой профессором Говардом Милхбергом (Prof. Howard Milchberg). Роль оболочки оптического волокна играют лучи света от четырех лазеров, создающие нечто вроде светового квадрата. За счет работы некоторых оптических и физических эффектов при достаточно сильной интенсивности света в центре квадрата возникает область, имеющая более высокий коэффициент преломления света, нежели по краям квадрата.

Когда лучи света четырех лазеров проходят через воздух, они нагревают его вокруг себя. В квадратной структуре из четырех лучей остается не нагретым лишь воздух в самом центре квадрата, в результате имеющий меньшую плотность и меньший коэффициент преломления, что еще не позволяет эффективно передавать через него свет лазера. Для инициирования канала воздушного световода используется свет пятого мощного лазера, луч которого располагается по центру квадрата. Этот лазер создает вспышку вторичного света, переизлученного самим воздухом. И свет от этой вспышки распространяется по внутреннему пространству квадрата, отражаясь вовнутрь в случае попытки выхода за пределы квадрата, а его распространение кардинально изменяет оптические свойства всей системы в целом.

Инициированные таким образом воздушные световоды существуют в течение нескольких миллисекунд, но этого времени вполне достаточно для того, чтобы перекачать через образовавшийся оптический канал существенные объемы информации. Опытный образец установки, создающей воздушный световод, пока еще эффективно работает на расстояние около одного метра. Но и уже на этом расстоянии свет, попавший на чувствительный датчик, имеет в 1.5 раза большую интенсивность, чем свет, который приходит обычным путем через воздух. Профессор Милхберг считает, что преимущество от использования воздушных световодов проявится еще в большей степени на больших расстояниях, на расстояниях, когда свет, распространяющийся обычным путем, будет практически весь рассеян молекулами воздуха. А сейчас исследователи работают над созданием более мощной лазерной системы, которая будет способна инициировать воздушные световоды на расстояние до 50 метров.

В будущем, после доработки и модернизации, подобная технология может быть использована для организации оптических коммуникаций в условиях, где невозможна прокладка оптоволоконного кабеля, для контроля загрязнения окружающей среды вокруг опасных объектов, таких как ядерные реакторы, и, естественно, для создания лазерного оружия следующего поколения.