Θα ήταν ένα όνειρο ενός πλανητικού επιστήμονα να κοιτάξει μέσα από τα μάτια ενός μακρινού φακού rover σε πραγματικό χρόνο, κοιτάζοντας γύρω από ένα εξωγήινο τοπίο σαν να ήταν στην επιφάνεια του πλανήτη, αλλά οι τρέχοντες ραδιοφωνικοί πομποί δεν μπορούν. χειριστείτε το εύρος ζώνης που απαιτείται για μια ροή βίντεο σε αρκετά εκατομμύρια μίλια. Η νέα τεχνολογία που πρόσφατα κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας από επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ, ωστόσο, μπορεί να κάνει εφικτές εφαρμογές όπως μια ροή βίντεο Mars, χρησιμοποιώντας λέιζερ αντί για τεχνολογία ραδιοφώνου. Ειδικά πλέγματα μέσα στο ποτήρι ενός ινώδους λέιζερ εξαλείφουν ουσιαστικά την επιβλαβή σκέδαση, το κύριο εμπόδιο στην αναζήτηση λέιζερ ινών υψηλής ισχύος.
«Χρησιμοποιούμε λέιζερ σε όλα, από τις τηλεπικοινωνίες έως τα προηγμένα όπλα, αλλά όταν χρειαζόμαστε ένα λέιζερ υψηλής ισχύος, έπρεπε να επιστρέψουμε σε παλιές, αναποτελεσματικές μεθόδους»; λέει ο Govind Agrawal, καθηγητής οπτικής στο Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ. «Έχουμε δείξει τώρα έναν απίστευτα απλό τρόπο για να κατασκευάσουμε λέιζερ ινών υψηλής ισχύος, τα οποία έχουν τεράστιες δυνατότητες.»
Καταργώντας έναν από τους κύριους περιορισμούς των λέιζερ ινών και των ενισχυτών ινών, η Agrawal τους επέτρεψε να αντικαταστήσουν τα παραδοσιακά λέιζερ παραδοσιακά πιο ισχυρά, αλλά λιγότερο αποτελεσματικά και χαμηλότερης ποιότητας. Επί του παρόντος, οι βιομηχανίες χρησιμοποιούν κρυστάλλινα λέιζερ στερεάς κατάστασης διοξειδίου του άνθρακα και αντλιών διόδου για συγκόλληση ή κοπή μετάλλων και μηχανική κατεργασία μικροσκοπικών εξαρτημάτων, αλλά αυτά τα είδη λέιζερ είναι ογκώδη και δύσκολο να ψυχθούν. Αντίθετα, η νεότερη εναλλακτική λύση, τα λέιζερ ινών, είναι αποτελεσματικά, εύκολα να κρυώσουν, πιο συμπαγή και πιο ακριβή. Το πρόβλημα με τα λέιζερ ινών, ωστόσο, είναι ότι καθώς αυξάνεται η ισχύς τους, η ίδια η ίνα αρχίζει να δημιουργεί μια αντίστροφη αντίδραση που απενεργοποιεί αποτελεσματικά το λέιζερ.
Η Agrawal προσπάθησε να εξαλείψει την αντίδραση που προκλήθηκε από μια κατάσταση που ονομάζεται διεγερμένη σκέδαση Brillouin. Όταν το φως με υψηλή ισχύ μετακινείται κάτω από μια ίνα, το ίδιο το φως αλλάζει τη σύνθεση της ίνας. Τα κύματα φωτός αναγκάζουν τις περιοχές των ινών γυαλιού να γίνονται όλο και λιγότερο πυκνές, καθώς μια κάμπια που ταξιδεύει τρίβει και επεκτείνει το σώμα της καθώς κινείται. Καθώς το φως λέιζερ περνά από μια περιοχή υψηλής πυκνότητας σε μία χαμηλής πυκνότητας, διαχέεται με τον ίδιο τρόπο που η εικόνα ενός αχύρου λυγίζει καθώς περνά μεταξύ του αέρα και του νερού σε ένα ποτήρι. Καθώς αυξάνεται η ισχύς του λέιζερ, η περίθλαση αυξάνεται έως ότου αντανακλά μεγάλο μέρος του φωτός του λέιζερ προς τα πίσω, προς το ίδιο το λέιζερ, αντί να πέφτει σωστά η ίνα.
Σε μια συζήτηση με τον Hojoon Lee, έναν επισκέπτη καθηγητή από την Κορέα, ο Agrawal αναρωτήθηκε αν οι σχάρες χαραγμένες στο εσωτερικό της ίνας θα μπορούσαν να βοηθήσουν να σταματήσει το πρόβλημα προβληματισμού. Οι σχάρες μπορούν να σχεδιαστούν για να λειτουργούν ως ένα είδος αμφίδρομου καθρέφτη, που λειτουργεί σχεδόν ακριβώς με τον ίδιο τρόπο όπως το αρχικό πρόβλημα, αντανακλώντας μόνο το φως προς τα εμπρός και όχι προς τα πίσω. Με το νέο, απλό σχεδιασμό, το φως λέιζερ πυροδοτεί την ίνα μέσω των σχαρών, και μερικά από αυτά δημιουργούν και πάλι τις αλλαγές πυκνότητας που αντανακλούν μέρος του φωτός προς τα πίσω; αλλά αυτή τη φορά η σειρά των σχαρών αναπηδά απλώς την ανάκλαση προς τα πίσω προς τα εμπρός. Το καθαρό αποτέλεσμα είναι ότι το λέιζερ ινών μπορεί να αποδώσει υψηλότερα watt από ποτέ, ανταγωνίζοντάς τα συμβατικά λέιζερ και κάνοντας πιθανές εφαρμογές που δεν μπορούν να εκτελέσουν τα συμβατικά λέιζερ, όπως επικοινωνία λέιζερ υψηλού εύρους ζώνης με πλανητικό rover αρκετά εκατομμύρια μίλια μακριά.
Καθώς μια ακτίνα λέιζερ ταξιδεύει μεταξύ πλανητών, απλώνεται και διασπάται τόσο πολύ που μέχρι τη στιγμή που φτάνει μια ακτίνα από τον Άρη, το πλάτος της θα είναι μεγαλύτερο από 500 μίλια, καθιστώντας εξαιρετικά δύσκολη την εξαγωγή των κωδικοποιημένων πληροφοριών στη δέσμη. Ένα λέιζερ ινών, με την ικανότητά του να παρέχει περισσότερη ισχύ, θα βοηθούσε στους σταθμούς λήψης ένα πιο έντονο σήμα για εργασία. Επιπλέον, η Agrawal συνεργάζεται τώρα με τη NASA για την ανάπτυξη ενός συστήματος επικοινωνιών λέιζερ που θα εξαπλώθηκε λιγότερο από την αρχή. «Ελπίζουμε ότι αντί να έχουμε μια ακτίνα που απλώνεται 500 μίλια, ίσως μπορούμε να πάρουμε μια που απλώνεται μόνο ένα μίλι περίπου»; λέει ο Agrawal. Αυτή η συγκέντρωση της ισχύος του λέιζερ θα μας έκανε πολύ πιο εύκολο να λαμβάνουμε σήματα υψηλού εύρους ζώνης από ένα μακρινό rover.
Πολλοί άνθρωποι χρησιμοποιούν λέιζερ ινών για να αντικαταστήσουν τα συμβατικά λέιζερ, από το στρατιωτικό έως το ωμέγα λέιζερ του Πανεπιστημίου του Ρότσεστερ στο Laboratory for Laser Energetics (LLE), το οποίο είναι το πιο ισχυρό υπεριώδες λέιζερ στον κόσμο. Η Agrawal θα συνεργαστεί με επιστήμονες στο LLE για πιθανή εφαρμογή του νέου συστήματος τριψίματος στο νέο σύστημα λέιζερ ινών Omega.
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο Τύπου του Πανεπιστημίου του Ρότσεστερ
