Comunicaciones de alto ancho de banda con Marte

Sería el sueño de un científico planetario mirar a través de los ojos de las lentes de un rover distante en tiempo real, observando un paisaje alienígena como si estuviera realmente en la superficie del planeta, pero los transmisores de radio actuales no pueden. manejar el ancho de banda necesario para una transmisión de video a través de varios millones de millas. Sin embargo, una nueva tecnología patentada recientemente por científicos de la Universidad de Rochester puede hacer posible aplicaciones como una transmisión de video de Marte, utilizando láseres en lugar de tecnología de radio. Las rejillas especiales dentro del vidrio de un láser de fibra prácticamente eliminan la dispersión perjudicial, el principal obstáculo en la búsqueda de láseres de fibra de alta potencia.

?Usamos láseres en todo, desde telecomunicaciones hasta armamento avanzado, pero cuando necesitamos un láser de alta potencia, tuvimos que recurrir a métodos antiguos e ineficientes? dice Govind Agrawal, profesor de óptica en la Universidad de Rochester. ?Ahora hemos mostrado una forma increíblemente sencilla de fabricar láseres de fibra de alta potencia, que tienen un enorme potencial?.

Al eliminar una de las principales limitaciones de los láseres de fibra y los amplificadores de fibra, Agrawal les ha permitido reemplazar a los láseres tradicionales tradicionalmente más potentes, pero menos eficientes y de peor calidad. Actualmente, las industrias utilizan dióxido de carbono y láseres de cristal de estado sólido bombeados por diodos para soldar o cortar metales y mecanizar piezas diminutas, pero estos tipos de láseres son voluminosos y difíciles de enfriar. Por el contrario, la alternativa más nueva, los láseres de fibra, son eficientes, fáciles de enfriar, más compactos y más precisos. Sin embargo, el problema con los láseres de fibra es que a medida que aumenta su potencia, la propia fibra comienza a crear una reacción que apaga efectivamente el láser.

Agrawal trabajó en una forma de eliminar la reacción violenta causada por una condición llamada dispersión estimulada de Brillouin. Cuando la luz de una potencia lo suficientemente alta viaja por una fibra, la luz misma cambia la composición de la fibra. Las ondas de luz hacen que las áreas de la fibra de vidrio se vuelvan más y menos densas, al igual que una oruga que viaja se arruga y expande su cuerpo a medida que avanza. A medida que la luz del láser pasa de un área de alta densidad a una de baja densidad, se difracta de la misma manera que la imagen de una pajilla se dobla cuando pasa entre el aire y el agua en un vaso. A medida que aumenta la potencia del láser, aumenta la difracción hasta que refleja gran parte de la luz del láser hacia atrás, hacia el propio láser, en lugar de bajar correctamente por la fibra.

En una discusión con Hojoon Lee, un profesor invitado de Corea, Agrawal se preguntó si las rejillas grabadas dentro de la fibra podrían ayudar a detener el problema de la reflexión. Las rejillas se pueden diseñar para actuar como una especie de espejo de dos vías, funcionando casi exactamente de la misma manera que el problema inicial, solo reflejando la luz hacia adelante en lugar de hacia atrás. Con el diseño nuevo y simple, la luz láser dispara la fibra a través de las rejillas, y parte de ella nuevamente crea los cambios de densidad que reflejan parte de la luz hacia atrás, pero esta vez la serie de rejillas simplemente hace rebotar esa reflexión hacia atrás nuevamente. El resultado neto es que el láser de fibra puede entregar potencias más altas que nunca, rivalizando con los láseres convencionales y posibilitando aplicaciones que los láseres convencionales no pueden realizar, como la comunicación láser de gran ancho de banda con un rover planetario a varios millones de millas de distancia.

A medida que un rayo láser viaja entre planetas, se dispersa y se difracta tanto que, cuando un rayo de Marte nos alcance, su ancho sería mayor a 500 millas, lo que dificultaría enormemente la extracción de la información codificada en el rayo. Un láser de fibra, con su capacidad de entregar más potencia, ayudaría al brindar a las estaciones receptoras una señal más intensa para trabajar. Además, Agrawal ahora está trabajando con la NASA para desarrollar un sistema de comunicaciones láser que, para empezar, se propagaría menos. ?Esperamos que en lugar de tener un haz que se extienda 500 millas, tal vez podamos obtener uno que solo se extienda una milla más o menos,? dice Agrawal. Esa concentración de la potencia del láser nos facilitaría mucho recibir señales de gran ancho de banda de un rover distante.

Mucha gente está utilizando láseres de fibra para reemplazar los láseres convencionales, desde el ejército hasta el propio láser Omega de la Universidad de Rochester en el Laboratorio de Energética Láser (LLE), que es el láser ultravioleta más potente del mundo. Agrawal trabajará con científicos de LLE para implementar posiblemente el nuevo sistema de rejilla en el nuevo sistema de láser de fibra de Omega.

Fuente original: Comunicado de prensa de la Universidad de Rochester