Kaip Veikia Lazerinis Ryšys

{h1}

Lazeriniai ryšiai gali būti naudinga kosmose ir čia, žemėje. Sužinokite daugiau apie lazerinius ryšius svetainėje WordsSideKick.com.

Kai pirmą kartą buvo išrasti lazeriai, jie buvo vadinami problemos sprendimo sprendimais. Visi manė, kad jie tokie šaunūs kaip Bose-Einšteino kondensatas, tačiau niekas nelabai žinojo, ką daryti su šiais prietaisais, galinčiais skleisti labai sufokusuotą šviesos spindulį.

Šiandien lazeriai tapo viena iš svarbiausių pasaulio technologijų, naudojamų pramonės šakose, pradedant informacinėmis technologijomis ir baigiant telekomunikacijomis, medicina, plataus vartojimo elektronika, teisėsauga, karine įranga, pramogomis ir gamyba.

Nuo pirmųjų lazerio kūrimo dienų tyrėjai suprato, kad šviesa gali pralenkti radiją informacijos greičio ir tankio atžvilgiu. Tai atėjo į fiziką. Šviesos bangų ilgiai yra supakuoti daug sandariau nei garso bangos. Jie per sekundę perduoda daugiau informacijos ir turi stipresnį signalą. Lazerinis ryšys, jei tik bus pasiektas, bus kulka traukiniu į radijo vagono traukinį [šaltiniai: Hadhazy; Thomsenas].

Tam tikra prasme lazeriai ryšių srityje buvo naudojami daugelį metų. Kiekvieną dieną perduodame informaciją lazeriu, skaitydami kompaktinius diskus ir DVD diskus, nuskaitydami brūkšninius kodus kasose arba bakstelėdami telefono ar interneto paslaugų optinį pluoštą. Dabar horizonte yra tiesioginis požiūris, kuris leis susisiekti dideliu pralaidumu tarp taškų ir taškų - dideliais atstumais, per orą ar erdvę, mažai prarandant duomenų.

Jau kurį laiką čia buvai. Dar 1964 m. NASA ėmėsi minties naudoti lazerius ryšiams su lėktuvais. Idėja buvo piloto balsą pirmiausia paversti elektros impulsais, paskui - šviesos spinduliu. Ant žemės esantis imtuvas tada pakeis procesą [šaltinis: „Science News Letter“]. 2013 m. Spalio mėn. NASA suprato ir gerokai viršijo šią viziją, kai lėktuvas, skriejantis aplink Mėnulį, impulsinio lazerio spinduliu siuntė duomenis į Žemės stotį - 239 000 mylių (384 600 km) perdavimo greitį negirdėtu atsisiuntimo greičiu - 622 megabitais per sekundę. (Mbps) [šaltinis: NASA]. Palyginimui, didelės spartos vartotojų duomenų planai paprastai matuojami dešimtimis megabitų.

Greitas, didelis tankis yra žaidimo pavadinimas. Didžiąją savo istorijos dalį NASA vykdė drąsias tyrinėjimo misijas, kad tik jai kliudytų telefono ryšio atsisiuntimo greičio ekvivalentas. Naudodama lazerinius ryšius, agentūra pradeda sparčiojo amžiaus amžių, atverdama duris, be kitų programų, aukštos kokybės vaizdo perdavimui iš būsimų roverių.

NASA nėra viena. Kriptografai ir saugumo ekspertai į lazerius žvelgia kaip į griežtą spinduliuotę, akimirksniu perduodamą sistemą, o naujos rūšies aukšto dažnio prekybininkai Wall Street gatvėje yra pasirengę mokėti didelius pinigus už bet kokį ryšį, kuris gali sugadinti milisekundę nuo jų prekybos laiko. Kompiuterių gamintojai, pasiekdami ribas to, ką galima pasiekti naudojant varį ir silicį, taip pat tiria galimas lazerių pritaikymo galimybes.

Kai greitis yra viskas, o šviesa žymi Visatos greičio apribojimą, atsakymas yra lazeriai - jei ši technologija gali būti praktiška.

Kitas geriausias dalykas būti ten

Ryšių technologijų tikslas - greitai, visiškai ir tiksliai perteikti informaciją. Jei jūs kada nors vakarieniavote su pagyromis, tada žinote, kiek mažai informacijos gali būti triukšmo sienoje; jei jūs kada nors žaidėte žaidimo telefoną, patyrėte, kaip prasmingai perduodant reikšmę galima sutvarkyti.

Istoriškai tolimi ryšiai padidino šiuos sunkumus. Perdavimas - būgnu, laužu, dūmais, vėliava ar šviesa - pirmiausia reikalavo vertimo į būtinai paprastą kodą. Dėl telegrafo laidų ir Morzės kodo sudėtingas perdavimas tapo įmanomas, tačiau brangus, vėl užtikrinant trumpumą.

Šiuolaikiniam elektroniniam ryšiui reikalingas siuntimo įrenginys, galintis perduoti bet kokius duomenis į perduodamą formą, ir imtuvas, galintis atskirti pranešimą (signalą) nuo jį supančios linijos statinio (triukšmo). Informacijos teorija, matematinis modelis, kurį 1948 m. pradėjo kurti JAV inžinierius Claude'as Shannonas, pateikė sistemą, galutinai išsprendusią šią problemą ir sukūrusį tokias technologijas kaip mobilusis telefonas, internetas ir modemas [šaltinis: „National Geographic“].

Iš esmės lazerinės ryšio sistemos primena modemus, kuriuos mes naudojome savo namuose nuo interneto atsiradimo. Modemas reiškia „Moduliacija-demoduliacija“ - procesą, kurio metu skaitmeninė informacija paverčiama analogine perdavimui, tada vėl atgal. Ankstyvieji akustiniai modemai perdavė telefono linijas garso bangomis. Optiniai modemai juda iš garso į aukštesnio dažnio spektro dalį, šviesą.

Tai nėra visiškai nauja koncepcija. Garso ir vaizdo prietaisai su optiniu garsu, tokie kaip daugelis DVD grotuvų, naudoja į modemą panašų įrenginį, vadinamą a perdavimo modulis konvertuoti skaitmeninius signalus į LED ar lazerio šviesą, kuri po pluošto optinį kabelį eina į paskirties komponentą, pavyzdžiui, televizorių ar garso imtuvą. Ten a šviesos priėmimo modulis šviesą paverčia skaitmeniniu elektriniu signalu, tinkančiu garsiakalbiams ar ausinėms.

NASA koncepcijos įrodymas Mėnulio lazerio ryšio demonstravimas (LLCD), kurią sukūrė MIT Linkolno laboratorija, naudoja panašią sistemą, tačiau netenka pluošto lazerio perdavimui oru ir kosmosu (kartais vadinama laisvos vietos optinis ryšys, arba FSO). LLCD naudoja tris komponentus:

  1. Modemo modulis (MM)
  2. Optinis modulis (OM), kuris siunčia ir priima moduliuotus lazerio pluoštus per 4 colių (10 centimetrų) teleskopą
  3. Valdiklio elektronikos (CE) modulis, sujungiantis du pirmuosius. CE taip pat susieja LLCD su orbitos lyderiu, NASA Mėnulio atmosferos ir dulkių aplinkos tyrinėtoju (LADEE) ir atlieka gyvybiškai svarbias užduotis, tokias kaip sekų sudarymas, stabilizavimas ir komandų perdavimo bei telemetrijos perdavimas [šaltiniai: Britannica; NASA; NASA].

Sėkmingai atlikus eksperimentą, lazerinių ryšių ateitis tapo tik šviesesnė, tačiau ar yra tokios technologijos rinka ne kosmoso agentūroje? Jūs lažinamės, kad yra.

Skaidulinė optika tebėra karalius

Skaidulinė optika, kurią pirmą kartą praktiškai pritaikė 1952 m. Britų fizikas Haroldas Hopkinsas, pamažu aplenkė elektroninį kabelį, nes technologiją patobulino tiksliau derinami lazeriai ir aukštesnės kokybės pluoštas. Šiandien tai yra komunikacijos technologija - bent jau tol, kol FSO komunikacija taps efektyvesnė ir efektyvesnė. Technologija, kuri perduoda duomenis, naudodama šviesos impulsus, atšokančius išilgai vidinio atspindžiojo stiklo ar plastiko kabelio, gali per sekundę perduoti daugiau informacijos per didesnį atstumą ir be pablogėjimo, nei gali elektriniai impulsai išilgai varinių laidų [šaltinis: „National Geographic“; Thomsenas].

Lazerinio ryšio programos: nuo kosminės erdvės iki Wall Street

Ryšys su lazeriu gali būti naudingas kosmoso tyrinėjimui, tačiau kur kas žemiškesni ieškojimai lems jo, kaip komercinės technologijos, likimą.

Pavyzdžiui, pažiūrėkite į sparčiai populiarėjančią Wall Street gatvės veislę, kuri pasitelkia kiekybinės analizės galią, aukščiausio lygio plačiajuosčio ryšio greitį ir daugybę mikrotraumų, kad galėtų kaupti uždarbį vienu trupmenu centų vienu metu. Verslui, pastatytam ant „robo-traders“, kompiuterinių algoritmų, sudarančių milisekundę prekybą pagal taisyklių rinkinį, perdavimo laikas yra pinigai, o lazeriai yra greičiausias žaidimas mieste [šaltiniai: Adleris; CBS naujienos; Strasburgas].

Siekdamos išnaudoti maksimalų naudą iš kiekvienos prekybos, tokios bendrovės kaip „Spread Networks“ investavo į geriausią turimą skaidulą ir supjaustė kiekvieną įmanomą kampą bei kreivę iš duomenų žarnų, jungiančių tokias prekybos sostines kaip Čikaga, Niujorkas, Londonas ir Tokijas (kiekviena papildoma mylia prideda apie aštuonis mikrosekundžių į abi puses atgal. Kai tai nebuvo pakankamai greita, kitos grupės, tokios kaip „McKay Brothers“ ir „Tradeworx“, atidavė šviesolaidį, naudodamos oro bangomis skleidžiamas mikrobangas. Nors galia ir greitis yra tik per žingsnį aukščiau radijo, mikrobangos oru juda greičiau, nei šviesa praeina per šviesolaidį [šaltiniai: Adler; Strasburgas].

Lazeriai greičiausiai iš visų greičiausių; šviesos greitis per orą yra beveik toks pat greitas kaip vakuume ir galėtų įveikti 720 mylių (1160 kilometrų), skiriančio Niujorką ir Čikagą, maždaug 3,9 milisekundės - 7,8 milisekundžių kelionė pirmyn ir atgal (taip pat ir latentinis), palyginti su 13,0–14,5 milisekundės naujoms šviesolaidinėms sistemoms ir 8,5–9,0 milisekundės mikrobangų siųstuvams [šaltinis: Adler].

Saugumo srityje lazeriai ir kitos optinių ryšių sistemos siūlo saugesnius ryšius ir priemones jiems išklausyti. Kvantinė kriptografija pasinaudoja kvantinės fizikos ypatybe - būtent, kad trečioji šalis negali aptikti fotoninio šifravimo rakto kvantinės būklės nepakeisdama jos ir todėl negali būti aptikta - užmegzti labai saugų ryšį naudodama fotonų spindulius, kuriuos sukuria susilpninti lazeriai [šaltiniai: Grant; Waks ir kt.]. 2008 m. Rudenį Vienos tyrėjai pradėjo eksperimentuoti su kvantiniu internetu, pagrįstu iš dalies šiuo principu [šaltinis: Castelvecchi]. Deja, lazeriai taip pat buvo naudojami tokiems signalams perimti ir sugadinti ne kvantiniais būdais, taip išvengiant aptikimo. Kvantinio šifravimo įmonės stengiasi išspręsti problemą [šaltiniai: Dillow; Lydersen ir kt.].

Tiesą sakant, pagrindiniai atmosferos lazerinio ryšio trūkumai yra susiję su lietaus, rūko ar teršalų trukdžiais, tačiau, atsižvelgiant į technologijos pranašumus, šie klausimai greičiausiai nesustabdys šios technologijos pažangos. Taigi, pažodžiui ar perkeltine prasme, dangus yra lazerinių ryšių technologijų riba.

1,001 panaudojimas lazeriniam ryšiui

Spartus duomenų perdavimas tarp tinklų yra tik ledkalnio viršūnė, kai tai įmanoma padaryti naudojant lazerinius ryšius, iš kurių daugelis kyla dėl reikalingo fizinio ryšio trūkumo. Sijos gali sujungti kompiuterių lustus kompiuteriuose, pervažose ir keliuose, nereikalaudamos nei kelio, nei nuosavybės teisės, ir gali būti montuojamos kaip laikini tinklai mūšių metu ar nelaimės atvejais. Jie gali užtikrinti tinklo perteklių, sujungti esamus optinius tinklus arba priartinti mus prie suderintos balso duomenų infrastruktūros - visa tai yra didelis greitis, mažas klaidų lygis ir atsparumas elektromagnetiniams trukdžiams [šaltiniai: Carter ir Muccio; Pažymėti].

Autoriaus pastaba: kaip veikia lazerinis ryšys

Ryšys lazeriu yra dar vienas puikus pavyzdys, kaip mes gyvename ateityje, tačiau aš visada susiesiu šią koncepciją su praeities epizodu. Šaltojo karo metu Léon Theremin - vaizdo įrašų susipynimo išradėjas, taip pat mokslinės fantastikos filmų metu girdimas vardinis elektrinis instrumentas - sukūrė šviesos klausos įrenginį, galintį nuotoliniu būdu apgadinti biurą (tai iš tikrųjų buvo mažos galios infraraudonųjų spindulių, o ne lazerio). Jis veikė aptikdamas stiklo plokštės virpesius, kuriuos sukelia garso slėgis, kurį sukuria balsai tikslinėje patalpoje. Sovietai šį prietaisą, šiuolaikinių lazerinių mikrofonų protėvį, panaudojo klausydamiesi įvairių ambasadų Maskvoje.


Vaizdo Papildas: Parodoje "Studijos 2014": nuo studijų iki 3D spausdintuvo ir lazerinių technologijų.




Tyrimas


Kas Yra Trigonometrija?
Kas Yra Trigonometrija?

Šis „Apple-1“ Kompiuteris 1976 M. Kainavo 666 Usd. Dabar Jį Būtų Galima Parduoti Už 650 000 Usd
Šis „Apple-1“ Kompiuteris 1976 M. Kainavo 666 Usd. Dabar Jį Būtų Galima Parduoti Už 650 000 Usd

Mokslas Naujienos


Žmogus Kaltinamas Pavogęs „Terra-Cotta Warrior“ Nykštį
Žmogus Kaltinamas Pavogęs „Terra-Cotta Warrior“ Nykštį

Skaidrių Demonstracija: Mokslininkai Analizuoja „Acid-Tripping“ Menininko Piešinius
Skaidrių Demonstracija: Mokslininkai Analizuoja „Acid-Tripping“ Menininko Piešinius

Ar Gali Tamsa Išgydyti Tingias Akis?
Ar Gali Tamsa Išgydyti Tingias Akis?

Šiuolaikiniai Šokėjai Kūrybingesni Nei Kiti
Šiuolaikiniai Šokėjai Kūrybingesni Nei Kiti

Gvatemaloje Aptiktas 1000 Metų Senumo Maya King Kapas
Gvatemaloje Aptiktas 1000 Metų Senumo Maya King Kapas


LT.WordsSideKick.com
Visos Teisės Saugomos!
Dauginti Jokių Medžiagų Leidžiama Tik Prostanovkoy Aktyvią Nuorodą Į Svetainę LT.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LT.WordsSideKick.com