(а) Схема экспериментальной установки. L, линза ????=2-м; БЭ, расширитель луча; SLM, пространственный модулятор света; Я, Ирис; ДМ — дихроичное зеркало; ПЧ, интерференционные фильтры; ND, фильтры нейтральной плотности; и MC, зеркальный соединитель. Структурированный световой пучок, генерируемый SLM, соединяется с нитью накала с помощью MC перед входом в камеру Вильсона. После фильтрации фемтосекундного импульса с помощью DM, IF и ND структурированный свет отображается камерой sCMOS. 
(b) Вид сбоку на нить (светящаяся линия) в воздухе с желтой линией в качестве ориентира. 
(c) Филамент распространяется через камеру, содержащую разреженное облако. 
(d) Изображение собственной разработки MC. 
Предоставлено: Журнал прикладной физики (2023 г.). DOI: 10.1063/5.0129902

Мусса Н'Гом из Политехнического института Ренсселера, доцент кафедры физики, прикладной физики и астрономии, разработал метод, позволяющий сделать связь между спутниками и землей более эффективной независимо от погоды. В недавно опубликованном исследовании Н'Гом и его команда использовали сверхбыстрые фемтосекундные лазеры, чтобы прорезать облака и дождь, которые обычно вызывают потери в оптической связи в свободном пространстве (FSO).

«Лазеры, которые мы используем, настолько энергичны, что изменяют среду, в которой они распространяются», — сказал Н'Гом. «Окружающая среда начинает изменять лазер, который ее меняет, и происходит взаимодействие света и материи. Это становится каскадным эффектом, который создает длинную нить света».

Нить света сопровождается ударной волной, похожей на звуковой удар. Лазерная нить распространяется сквозь облака, и сопровождающая ее ударная волна очищает пространство вокруг нити, открывая путь для видимого света. Н'Гом использует структурированный свет в форме спирали с отверстием в центре для распространения по пути.

«Луч Лагерра-Гаусса проходит через это пустое пространство, не взаимодействуя с нитью накала, и ему не препятствуют облака», — сказал Н'Гом. «Обычно свет распространяется одной плоской волной, но свет, который мы создаем, распространяется по спирали. Представьте, что это похоже на скручивание плоского листа бумаги ножницами».

Помимо облегчения передачи через облака, спиральная форма света также позволяет передавать больше информации.

Этот метод представляет собой значительный прогресс для FSO, который уже имеет значительно более высокую пропускную способность, чем радиочастотная связь. Предыдущие попытки преодолеть постоянное препятствие в виде дождя и облаков требовали значительной энергии, больших капиталовложений или были менее эффективными.

« Новаторское исследование доктора Н'Гома показывает, как преодолеть фундаментальный барьер в оптической связи в свободном пространстве », — сказал Курт Бренеман, декан научной школы Ренсселера. «Я ожидаю, что технология оптической связи в свободном пространстве такого типа обеспечит сверхскоростную безопасную квантовую связь по всему миру».

Исследование опубликовано в Журнале прикладной физики.