Marzeniem planetologów byłoby spoglądanie w czasie rzeczywistym przez soczewki odległego łazika, rozglądanie się po obcym krajobrazie tak, jakby rzeczywiście znajdowała się na powierzchni planety, ale obecne nadajniki radiowe nie mogą obsłużyć przepustowość niezbędną do transmisji wideo na kilka milionów mil. Nowa technologia niedawno opatentowana przez naukowców z University of Rochester może jednak umożliwiać zastosowania takie jak transmisja wideo z Marsa przy użyciu laserów zamiast technologii radiowej. Specjalne kraty wewnątrz szkła lasera światłowodowego praktycznie eliminują szkodliwe rozpraszanie, co jest główną przeszkodą w poszukiwaniu laserów światłowodowych o dużej mocy.
„Używamy laserów we wszystkim, od telekomunikacji po zaawansowaną broń, ale kiedy potrzebujemy lasera o dużej mocy, musieliśmy polegać na starych, nieefektywnych metodach”. mówi Govind Agrawal, profesor optyki na University of Rochester. „Pokazaliśmy teraz niezwykle prosty sposób wytwarzania laserów światłowodowych o dużej mocy, które mają ogromny potencjał”.
Poprzez usunięcie jednego z głównych ograniczeń laserów światłowodowych i wzmacniaczy światłowodowych, Agrawal umożliwił im zastąpienie tradycyjnie mocniejszych, ale mniej wydajnych i gorszej jakości tradycyjnych laserów. Obecnie przemysł wykorzystuje lasery krystaliczne na ciele stałym i dwutlenku węgla do spawania lub cięcia metalu i obróbki drobnych części, ale tego rodzaju lasery są nieporęczne i trudne do schłodzenia. Natomiast najnowsza alternatywa, lasery światłowodowe, są wydajne, łatwe do schłodzenia, bardziej kompaktowe i bardziej precyzyjne. Problem z laserami światłowodowymi polega jednak na tym, że wraz ze wzrostem ich mocy samo włókno zaczyna wytwarzać luz, który skutecznie wyłącza laser.
Agrawal pracował nad sposobem wyeliminowania luzu spowodowanego stanem zwanym stymulowanym rozpraszaniem Brillouina. Gdy światło o wystarczająco dużej mocy wędruje w dół włókna, samo światło zmienia skład włókna. Fale świetlne powodują, że obszary włókna szklanego stają się coraz bardziej gęste, podobnie jak poruszająca się gąsienica marszczy się i rozszerza swoje ciało podczas ruchu. Gdy światło lasera przechodzi z obszaru o wysokiej gęstości do obszaru o niskiej gęstości, ulega on dyfrakcji w taki sam sposób, jak wygina się obraz słomy, gdy przechodzi on między szkłem a powietrzem i wodą. Wraz ze wzrostem mocy lasera dyfrakcja rośnie, dopóki nie odbija dużej części światła lasera do tyłu, w kierunku samego lasera, zamiast odpowiednio w dół włókna.
W rozmowie z Hojoon Lee, profesorem wizytującym z Korei, Agrawal zastanawiał się, czy kraty wytrawione wewnątrz włókna mogą pomóc w rozwiązaniu problemu odbicia. Kraty można zaprojektować tak, aby działały jak rodzaj lustra dwukierunkowego, działając prawie dokładnie tak samo jak początkowy problem, odbijając tylko światło do przodu zamiast do tyłu. Dzięki nowej, prostej konstrukcji światło lasera wystrzeliwuje światłowód przez kraty, a niektóre z nich ponownie powodują zmiany gęstości, które odbijają część światła do tyłu? Ale tym razem seria siatek po prostu odbija to odbicie do tyłu do przodu. W rezultacie laser światłowodowy może dostarczać wyższe moce niż kiedykolwiek wcześniej, konkurując z konwencjonalnymi laserami i umożliwiając zastosowania, których konwencjonalne lasery nie są w stanie wykonać, takie jak komunikacja laserowa o dużej przepustowości z łazikiem planetarnym oddalonym o kilka milionów mil.
Gdy promień lasera przemieszcza się między planetami, rozprzestrzenia się i dyfrakuje tak bardzo, że zanim promień z Marsa dociera do nas, jego szerokość byłaby większa niż 500 mil, co sprawia, że niezwykle trudno jest wyodrębnić informacje zakodowane na wiązce. Laser światłowodowy ze swoją zdolnością do dostarczania większej mocy pomógłby, dając stacjom odbiorczym intensywniejszy sygnał do pracy. Ponadto Agrawal współpracuje teraz z NASA nad opracowaniem systemu komunikacji laserowej, który na początku rozprzestrzenia się mniej. „Mamy nadzieję, że zamiast mieć promień, który rozciąga się na 500 mil, może uda nam się uzyskać taki, który rozciąga się na około milę”. mówi Agrawal. Takie skoncentrowanie mocy lasera znacznie ułatwiłoby nam odbieranie sygnałów o dużej przepustowości z odległego łazika.
Wiele osób używa laserów światłowodowych do zastąpienia laserów konwencjonalnych, od wojska po własny laser Omega z University of Rochester w Laboratorium Energetyki Laserowej (LLE), który jest najmocniejszym laserem ultrafioletowym na świecie. Agrawal będzie współpracować z naukowcami z LLE, aby ewentualnie wdrożyć nowy system siatki w nowym systemie lasera światłowodowego Omegi.
Oryginalne źródło: University of Rochester News Release
