Přenos dat pomocí bezdrátového signálu či laseru se musí potýkat s velkým rušením. Vědci ale vytvořili způsob, jak zformovat virtuální optický tunel ze vzduchu.
Mezi nejrychlejší a nejstabilnější dostupné technologie pro přenos dat na menší i velké vzdálenosti patří optická vlákna. Pokud bychom je ale chtěli mít všude, museli bychom rozkopat všechna místa na Zemi, nebo mít po stožárech rozvěšené kabely, podobně jako třeba u elektřiny. Navíc natahování optického kabelu na jinou je poněkud...řekněme problematické.
K dispozici jsou sice bezdrátové technologie, ty se ale potýkají s velkým rušením, které se projevuje v hustě osídlených oblastech v rámci malých vzdáleností, ale i na spojích určených pro velkou vzdálenost. Vzduch zkrátka není ideální spojovatelem pro náročné datové linky.
Vědci ale experimentálně zrealizovali, jak částečně obejít rušení okolních elektromagnetických signálů i částic ve vzduchu, které vadí i laserům, jejichž fotony naráží na okolní atomy a molekuly a postupně se tak rozptýlí.
Tvorba virtuálního optického vlákna ze vzduchu
Asi všichni přibližně víme, jak fungují optická vlákna. Křemíková struktura s precizní vnitřní stavbou pro optimální index lomu světla uvnitř odráží vyslané světlo až k druhému konci vlákna s minimálním útlumem nebo zkreslením. Kvalita přenosu s modernějšími typy stále stoupá.
Ukázka vnitřního odrazu s využitím indexu lomu (Zdroj: Wikipedia)
Nápad vytvořit něco podobného pouze pomocí vzduchu není nový, ale vědcům z univerzity v Marylandu se to s přispěním od americké armády a Národní vědecké nadace poprvé podařilo experimentálně vytvořit (Abstrakt výzkumu).
Nákres vytvořeného tunelu z laserových pulzů (pouze v rámci vzduchu), skrze který lze poslat světelný paprsek (Zdroj: Opticinfobase)
Pomocí upravených laserových pulzů, které byly zformované do kruhů, dokázali v rámci několika metrů vytvořit miniaturní virtuální tunel, který okamžitě zahřeje molekuly vzduchu na vysokou teplotu. Tak rychlá změna teploty vytvoří zvukové vlny, které se začnou šířit z okrajů laserového „tunelu“ a během mikrosekundy dorazí do středu tohoto virtuálního zahřátého vzduchového prostoru.
Podrobnosti o konstrukci experimentálního přístroje pro tvoru optického tunelu ze vzduchu (Zdroj: Opticalinfobase)
Zvukové vlny se šíří do středu tunelu, kde vytvoří oblast s vysokou hustotou (okraj má nižší hustotu), což znamená i index lomu skvěle použitelný pro přenos světelného paprsku (jiný laser). I přes to, že o další mikrosekundu později se zvukové vlny rozpadnou, je to pro světlo dostatečně dlouhá doba na to, aby této struktury využilo pro průchod i na delší vzdálenosti. Z principu tak tato struktura funguje stejně jako optické vlákno, ale není potřeba žádný hmotný kabel a teoreticky zvládne i vyšší energie, které přes optická vlákna nelze přenášet.
Meziplanetární komunikace i přesné snímání
Zatím se samozřejmě podařilo jen zlepšit průchod signálu o 50 %. V rámci stovky metrů by měl ale být poměr signálu a šumu až o 104 lepší, než pomocí současných technologií.
Experimentální potvrzení této techniky tak znamená velký posun v optické přenosu, který může mít obrovský význam do budoucna. Nejedná se totiž pouze o vysílání signálů směrem od vysílače plasmatického vzduchového tunelu, ale také o možnosti přesného získání fotonů z druhého konce.
V pokročilé fázi tak lze tento princip využít nejen na komunikaci na velké vzdálenosti, včetně meziplanetární komunikace s vysokou propustností, ale také například pro tvorbu přesných laserových zbraní, které budou mít vysoký výkon.
Že by nás v budoucnu čekala i přesná a nebezpečná laserová zbraň, která dosáhne i na velkou vzdálenost? (Zdroj: Star Wars)
Asi nejzajímavější možností použití je ale přesné optické snímání i na velké vzdálenosti. Nejsou potřeba žádné speciální a drahé optické systémy, skenování povrchu planety nebo jiných objektů by bylo možné přesně i z velké vzdálenosti bez současných problémů, které zkreslují fotony při cestě ke snímači či detektoru.
Stačí si jen představit, jak budu vypadat budoucí mapy snímané ze satelitu, kterým už nebude nic bránit v tom, pořídit dokonale přesné snímky třeba s rozlišením na jednotlivé atomy.
Laserový systém u VLT (Very Large Telescope) v Chile slouží pro změření zkreslení atmosféry, podle čehož se následně upraví optický systém pro odstranění obrazových deformací. Možná ale jednou samotný laserový systém bude sloužit pro přesné skenování nejbližších planet (Zdroj: Wikipedia)
V takovém případě by bylo nutné stejně jako u laserového snímání postupně skenovat s přesným zaměřením i na velkou vzdálenost. A to už je otázka dalších technologií, které se zase musí posunout o kus dále.
