Hoe Lasercommunicatie Werkt

{h1}

Lasercommunicatie kan een zegen zijn voor de ruimte en hier op aarde. Lees meer over lasercommunicatie op WordsSideKick.com.

Toen lasers voor het eerst werden uitgevonden, werden ze een oplossing genoemd die op zoek was naar een probleem. Iedereen dacht dat ze zo koel waren als Bose-Einstein-condensaat, maar niemand wist precies wat te doen met deze apparaten die een zeer gerichte lichtstraal konden produceren.

Vandaag de dag zijn lasers een van 's werelds belangrijkste technologieën geworden, die worden gebruikt in industrieën gaande van informatietechnologie tot telecommunicatie, geneeskunde, consumentenelektronica, wetshandhaving, militaire uitrusting, amusement en productie.

Vanaf de vroegste dagen van laserontwikkeling, realiseerden onderzoekers zich dat licht de radio beter kon presteren in termen van informatiesnelheid en -dichtheid. Het kwam neer op natuurkunde. Lichtgolflengten zijn veel strakker verpakt dan geluidsgolven en ze verzenden meer informatie per seconde en met een sterker signaal. Zodra de lasercommunicatie tot stand is gebracht, zou dit de kogelbaan naar de wagonnetrein van de radio zijn [bronnen: Hadhazy; Thomsen].

In zekere zin zijn lasers al jaren in communicatie gebruikt. We verzenden elke dag informatie via laser, of het nu gaat om het lezen van cd's en dvd's, het scannen van streepjescodes op kassa-lijnen of het tikken op de glasvezel-backbone van telefoon- of internetdiensten. Nu komt een directere benadering, die een hoog-doorlaat-punt-tot-punt communicatie mogelijk maakt - over grote afstanden, door lucht of ruimte, met weinig gegevensverlies, aan de horizon.

Het is al een tijdje om hier te komen. Al in 1964 speelde NASA met het idee om lasers te gebruiken voor vliegtuigcommunicatie. Het idee was om de stem van een piloot eerst om te zetten in elektrische pulsen en vervolgens in een lichtbundel. Een ontvanger op de grond zou dan het proces omkeren [bron: Science News Letter]. In oktober 2013 realiseerde NASA deze visie en overtrof deze visie ruimschoots toen een voertuig in een baan om de maan gegevens naar een Earth-station stuurde via een gepulseerde laserstraal - 384.600 kilometer aan transmissie met een ongehoorde downloadsnelheid van 622 megabits per seconde (Mbps) [bron: NASA]. Ter vergelijking, high-speed consumer data-abonnementen worden meestal gemeten in de tientallen megabits.

En high-speed, high-density is de naam van het spel. Voor het grootste deel van haar geschiedenis heeft de NASA gewaagde missies van verkenningen uitgevoerd om te worden gehinderd door het equivalent van inbel-downloadsnelheden. Met lasercommunicatie betreedt het bureau de hoge snelheidsleeftijd en opent het de deur voor, onder andere, video-uitzendingen van hoge kwaliteit van toekomstige rovers.

NASA is niet de enige. Cryptografen en beveiligingsexperts zien lasers als een dichtbundeld bijna onmiddellijk leveringssysteem, terwijl het nieuwe ras van hoogfrequente handelaren op Wall Street bereid is om veel geld te betalen voor elke connectiviteit die milliseconden kan scheren van hun ruilmomenten. Computerfabrikanten, die de grenzen naderen van wat haalbaar is met koper en silicium, onderzoeken ook mogelijke lasertoepassingen.

Wanneer snelheid alles is en licht de snelheidslimiet van het universum markeert, zijn lasers zeker het antwoord - als de technologie praktisch kan worden gemaakt.

Het volgende beste ding om daar te zijn

Het doel van communicatietechnologieën is om informatie snel, volledig en nauwkeurig over te brengen. Als je ooit gedineerd hebt gegeten, weet je hoe weinig informatie een muur van ruis kan bevatten; als je ooit de gametelefoon hebt gespeeld, heb je ervaren hoe de betekenis kan worden verminkt wanneer deze slecht wordt doorgegeven.

Historisch gezien hebben langeafstandscommunicatie deze problemen vermenigvuldigd. Transmissie - per trommel, vreugdevuur, rook, vlag of licht - eerst vereiste vertaling in een noodzakelijkerwijs eenvoudige code. Telegraafkabels en morsecode maakten complexe overdracht mogelijk, maar duur, en dwongen wederom de deugd van beknoptheid af.

Moderne elektronische communicatie vereist een zendapparaat dat gegevens in een verzendbare vorm kan coderen en een ontvanger die onderscheid kan maken tussen het bericht (signaal) en de statische (ruis) omgevingslijn ervan. Informatietheorie, een wiskundig model ontwikkeld door de Amerikaanse ingenieur Claude Shannon in 1948, leverde het kader dat uiteindelijk dit probleem oploste en maakte technologieën zoals de mobiele telefoon, het internet en de modem mogelijk [bron: National Geographic].

In principe lijken lasercommunicatiesystemen op de modems die we sinds de opkomst van internet in onze huizen hebben gebruikt. Modem staat voor MODulation-DEModulation, een proces waarbij digitale informatie wordt omgezet in analoog voor verzending en vervolgens weer. Vroege akoestische modems gebruikten geluidsgolven voor verzending via telefoonlijnen. Optische modems bewegen van geluid naar een deel van het spectrum met hogere frequenties, licht.

Het is geen volledig nieuw concept. Audiovisuele apparaten met optische audio, zoals veel dvd-spelers, gebruiken een op een modem lijkend apparaat genaamd a verzendmodule om digitale signalen om te zetten in LED- of laserlicht, dat vervolgens via glasvezelkabels reist naar een bestemmingscomponent zoals een televisie- of audio-ontvanger. Daar een licht ontvangstmodule zet het licht terug in een digitaal elektrisch signaal dat geschikt is voor luidsprekers of een koptelefoon.

Het proof-of-concept van NASA Lunar Laser Communication Demonstration (LLCD), ontwikkeld door MIT's Lincoln Laboratory, maakt gebruik van een soortgelijk systeem, maar ziet de vezel ten gunste van lasertransmissie door lucht en ruimte (ook wel genoemd vrije ruimte optische communicatieof FSO). LLCD maakt gebruik van drie componenten:

  1. Een modemmodule (MM)
  2. Een optische module (OM), die gemoduleerde laserstralen verzendt en ontvangt via een 4-inch (10 centimeter) telescoop
  3. Een controller-elektronica (CE) -module die de eerste twee samenbindt. De CE verbindt de LLCD ook met de orbiter, NASA's Lunar Atmosphere en Dust Environment Explorer (LADEE), en voert cruciale taken uit zoals sequencing, stabilisatie en relay-opdrachten en telemetrie [bronnen: Britannica; NASA; NASA].

Met het succes van het experiment is de toekomst van lasercommunicatie net een beetje rooskleuriger geworden, maar is er een markt voor dergelijke technologie buiten het ruimteagentschap? Je gokt dat er is.

Glasvezel Nog steeds een koning

Glasvezel, eerst praktisch gemaakt door de Britse natuurkundige Harold Hopkins in 1952, stapte geleidelijk over elektronische kabel omdat de technologie werd verbeterd door nauwkeurig afstelbare lasers en vezel van betere kwaliteit. Tegenwoordig is het de go-to-tech voor communicatie - tenminste totdat FSO-communicatie efficiënter en effectiever wordt. De technologie, die gegevens verzendt met lichtpulsen die langs een intern reflecterend glas of een plastic kabel worden geworpen, kan meer informatie per seconde, over langere afstanden en zonder verslechtering bevatten, dan elektrische pulsen langs koperdraden [bron: National Geographic; Thomsen].

Laser-communicatie-applicaties: van Outer Space naar Wall Street

Lasercommunicatie kan een zegen zijn voor verkenning van de ruimte, maar veel meer aardse bezigheden zullen het lot bepalen als een commerciële technologie.

Neem bijvoorbeeld het groeiende ras van hogesnelheidshandelaren van Wall Street die gebruikmaken van de kracht van kwantitatieve analyse, de snelheid van premium breedband en een veelvoud van microtransacties om de inkomsten één breuk per keer op te stapelen. Voor een bedrijf dat is gebouwd op 'robo-traders', computeralgoritmen die milliseconde transacties uitvoeren volgens een reeks regels, is verzendtijd geld en zijn lasers het snelste spel in de stad [bronnen: Adler; CBS Nieuws; Strasburg].

Om het meeste uit elke transactie te halen, investeerden bedrijven zoals Spread Networks in de best beschikbare vezel en sneden ze elke knik en curve die ze konden uit de dataslangen die handelshoofdsteden verbinden zoals Chicago, New York, Londen en Tokio (elke extra mijl voegt er ongeveer acht aan toe) microseconden naar data-omleidingen). Toen dat niet snel genoeg was, wierpen andere groepen, zoals McKay Brothers en Tradeworx, glasvezel opzij ten gunste van microgolven die door de lucht werden gestraald. Hoewel microgolven maar een stapje hoger zijn dan radio qua vermogen en snelheid, gaan ze sneller door de lucht dan licht door glasvezels [bronnen: Adler; Strasburg].

Lasers zouden mogelijk de snelste snelheden van allemaal publiceren; de snelheid van het licht door de lucht is bijna net zo snel als in een vacuüm, en kon de 720 mijl (1.160 kilometer) doorsnijden die New York en Chicago scheidde in ongeveer 3.9 milliseconden - een round-trip (alias latentie) van 7.8 milliseconden, in vergelijking met 13.0-14.5 milliseconden voor nieuwe glasvezelsystemen en 8.5-9.0 milliseconden voor microgolfzenders [bron: Adler].

In de beveiligingssector bieden lasers en andere optische communicatiesystemen meer beveiligde communicatie - en de middelen om ze af te luisteren. Kwantumcryptografie maakt gebruik van een eigenschap van de kwantumfysica - namelijk dat een derde partij de kwantumtoestand van de fotonische versleutelingssleutel niet kan detecteren zonder deze te veranderen en daarom wordt gedetecteerd - om zeer veilige communicatie tot stand te brengen met behulp van bundels fotonen gecreëerd door verzwakte lasers [bronnen: Grant; Waks et al.]. In het najaar van 2008 begonnen onderzoekers in Wenen te experimenteren met een quantum-internet, deels gebaseerd op dit principe [bron: Castelvecchi]. Helaas zijn lasers ook gebruikt om dergelijke signalen op een niet-kwantitatieve manier te onderscheppen en te vervalsen, waardoor detectie wordt omzeild. Kwantumversleuteling bedrijven werken aan het probleem [bronnen: Dillow; Lydersen et al.].

In feite hebben de belangrijkste nadelen van lasercommunicatie in de atmosfeer te maken met interferentie door regen, mist of verontreinigende stoffen, maar gezien de voordelen van de technologie, is het onwaarschijnlijk dat deze problemen de voortgang van de technologie zullen stoppen. Dus letterlijk of figuurlijk is de lucht de limiet voor laser-communicatietechnologieën.

1,001 Toepassingen voor lasercommunicatie

De zeer snelle datacommunicatie die mogelijk is tussen netwerken is slechts het topje van de ijsberg wat betreft wat mogelijk is met lasercommunicatie, waarvan er vele het gevolg zijn van het ontbreken van een fysieke verbinding. Balken kunnen computerchips verbinden met computers, over land en over wegen zonder dat ze voorrang moeten hebben of eigendom moeten zijn, en kunnen worden geplaatst als tijdelijke netwerken tijdens gevechten of bij rampen. Ze kunnen netwerkredundantie bieden, bestaande optische netwerken verbinden of ons dichter bij geconvergeerde spraakgegevensinfrastructuur brengen - allemaal met hoge snelheid, lage foutenpercentages en immuniteit voor elektromagnetische interferentie [bronnen: Carter en Muccio; Afvinken].

Notitie van de auteur: Hoe lasercommunicatie werkt

Lasercommunicatie is een ander goed voorbeeld van hoe we in de toekomst leven, maar ik zal het concept altijd associëren met een episode uit het verleden. Tijdens de koude oorlog ontwikkelde Léon Theremin - uitvinder van video-interliniëring en het gelijknamige elektrische instrument dat in tientallen sciencefictionfilms werd gehoord - een op licht gebaseerd luisterapparaat dat op afstand een kantoor kon afluisteren (het was eigenlijk een laag vermogen infraroodstraal, geen laser). Het werkte door het detecteren van de trillingen op een glasruit veroorzaakt door de geluidsdruk gegenereerd door stemmen in de doelruimte. De Sovjets gebruikten dit apparaat, de voorouder van moderne lasermicrofoons, om verschillende ambassades in Moskou af te luisteren.


Video Supplement: SOMETHING Strange Captured Over Navy Military Base & Does NASA Tech Make FRBs Irrelevant? 3/20/2018.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com