Kuinka Laserviestintä Toimii

{h1}

Laserviestintä voi olla avaruuden tilaa ja täällä maan päällä. Lisätietoja laserviestinnästä osoitteessa WordsSideKick.com.

Kun lasersat keksittiin ensimmäisen kerran, niitä kutsuttiin ongelman etsimiseksi. Kaikki ajattelivat olevansa yhtä hyviä kuin Bose-Einstein-kondensaatti, mutta kukaan ei tiennyt, mitä olisi tehtävä näiden laitteiden kanssa, jotka voisivat tuottaa erittäin tarkennetun valonsäteen.

Nykyään laserilla on tullut yksi maailman tärkeimmistä teknologioista, joita käytetään aloilla, jotka ulottuvat tietotekniikasta televiestintään, lääketieteeseen, kulutuselektroniikkaan, lainvalvontaan, sotilastarvikkeisiin, viihdealaan ja teollisuuteen.

Laserteknologian varhaisimmista päivistä tutkijat huomasivat, että valo voisi ylittää radiota tiedon nopeuden ja tiheyden suhteen. Se tuli fysiikkaan. Valon aallonpituudet pakataan paljon tiukemmin kuin ääniaallot, ja ne välittävät enemmän informaatiota sekunnissa ja vahvempi signaali. Lasertekniikka, kun saavutettu, olisi radan juna radion vaunujunaksi [lähteet: Hadhazy; Thomsen].

Tietyssä mielessä lasereita on käytetty viestinnässä vuosia. Tiedonsiirto tapahtuu päivittäin lasersäteellä, joko lukemalla CD- ja DVD-levyjä, skannaamalla viivakoodeja kassalla tai napauttamalla puhelimen tai Internet-palvelun kuituoptiikan selkärankaa. Nyt on horisontissa suora lähestymistapa, joka mahdollistaa suuren läpimenoisen pistekohtaisen viestinnän - suurilla etäisyyksillä, ilmassa tai avaruudessa ja vähän tietojen menetystä.

Se on ollut jonkin aikaa. Vuodesta 1964 lähtien NASA toi ajatuksen lasereiden käytöstä lentoliikennetekniikassa. Ajatuksena oli muuntaa pilottin ääni ensin sähköpulsseiksi, sitten valonsäteeksi. Vastaanotin kentällä kääntäisi sitten prosessin [lähde: Science News Letter]. Lokakuussa 2013 NASA havaitsi ja ylitti tämän näkemyksen, kun kuun kiertelevä vene lähetti tietoja maapallolle pulssilasipalkilla - 239 000 mailia (384 600 kilometriä) lähetystä kuuntelemattomalla latausnopeudella 622 megabittiä sekunnissa (Mbps) [lähde: NASA]. Vertailun vuoksi nopeiden kuluttajien tietosuunnitelmat mitataan yleensä kymmeniä megabittejä kohden.

Ja nopea, suuri tiheys on pelin nimi. Suurin osa sen historiasta, NASA on ryhtynyt rohkeisiin etsintätoimistoihin vain haittaamaan dial-up-latausnopeus. Lasertekniikan avulla toimisto siirtyy nopeaan ikärajaan ja avaa oven muiden sovellusten joukkoon korkealuokkaiset videolähetykset tulevilta roversilta.

NASA ei ole yksin. Salauslentäjät ja tietoturva-asiantuntijat näyttävät lasereille tiukan, lähes välittömän jakelujärjestelmän, kun taas uusi Wall Streetin suurtaajuisten kauppiaiden rotu on valmis maksamaan suuria maksuja mille tahansa liitettävyydelle, joka voi ajoitella millisekuntia pois kaupankäynnin ajasta. Tietokonevalmistajat, jotka lähestyvät kuparin ja piin avulla saavutettavia rajoja, tutkivat myös mahdollisia laser sovelluksia.

Kun nopeus on kaiken ja valo merkitsee maailmankaikkeuden nopeusrajoitusta, laserit ovat varmasti vastaus - jos tekniikka voidaan tehdä käytännölliseksi.

Seuraava parasta olentoa siellä

Viestintätekniikan tavoitteena on välittää tietoa nopeasti, täydellisesti ja tarkasti. Jos olet koskaan syönyt lounaalla, niin tiedät kuinka vähän tietoa melun seinä voi sisältää; jos olet koskaan pelannut pelipuhelinta, olet kokenut, miten merkitys voi häiriintyä, kun se välitetään huonosti.

Historiallisesti pitkän matkan viestintä on moninkertaistanut nämä vaikeudet. Lähetys - rumpu, kokko, savu, lippu tai valo - ensimmäinen vaadittu käännös välttämättömäksi koodiksi. Telegraph-kaapelit ja Morse-koodit tekivät monimutkaisen lähetyksen mahdolliseksi mutta kalliiksi, ja panivat jälleen voimaan lyhyen ajan.

Moderni sähköinen viestintä vaatii lähetyslaitteen, joka voi koodata mitä tahansa dataa siirrettäväksi muodoksi ja vastaanotin, joka voi erottaa viestin (signaalin) ja sen ympäröivän linjan staattisen (kohina) välillä. Informaatioteoria, Yhdysvaltain insinööri Claude Shannonin vuonna 1948 esittämä matemaattinen malli antoi kehyksen, joka viime kädessä ratkaisi tämän ongelman ja teki tekniikoita, kuten matkapuhelimen, Internetin ja modeemin, [lähde: National Geographic].

Periaatteessa laserviestintäjärjestelmät muistuttavat modeemeja, joita olemme käyttäneet kodissamme internetin nousun jälkeen. Modeemi tarkoittaa MODULA-DEModulaatiota, prosessi, jossa digitaalinen informaatio muunnetaan analogiseksi lähetykseen ja sitten takaisin. Varhaiset akustiset modeemit käyttävät ääniaaltoja lähetystä varten puhelinlinjoilla. Optiset modeemit siirtyvät äänestä taajuuden suuremmalle taajuudelle, valolle.

Se ei ole täysin uusi käsite. Audiovisuaaliset laitteet, joissa on optinen ääni, kuten monet DVD-soittimet, käyttävät modeemin kaltaista laitetta nimeltä a lähetysmoduuli digitaalisten signaalien muuntaminen LED- tai laservalolle, joka sitten kulkee pitkin kuituoptiokaapelia kohdekomponenttiin, kuten televisioon tai audiovastaanottimeen. Siellä a valo vastaanoton moduuli muuntaa valon takaisin kaiuttimiin tai kuulokkeisiin sopivaksi digitaaliseksi sähköiseksi signaaliksi.

NASAn todisteena käsite Lunar Laser Communication Demonstration (LLCD), jonka on kehittänyt MIT: n Lincoln Laboratory, käyttää samanlaista järjestelmää, mutta jakaa kuidun laserlaitteen välityksellä ilman ja tilan välityksellä (joskus kutsutaan vapaa-avaruus optinen viestintä, tai FSO). LLCD käyttää kolmea osaa:

  1. Modeemimoduuli (MM)
  2. Optinen moduuli (OM), joka lähettää ja vastaanottaa moduloidut lasersäteet 4 tuuman (10 cm: n) teleskoopilla
  3. Ohjauselektroniikan (CE) moduuli, joka yhdistää kaksi ensimmäistä yhteen. CE myös sitoo LLCD: n orbiterille, NASAn Lunar Atmosphere ja Dust Environment Explorer (LADEE), ja suorittaa tärkeitä tehtäviä, kuten sekvensointi, vakauttaminen ja välityskomennot ja telemetria (lähteet: Britannica; NASA; NASA].

Kokemuksen onnistumisen myötä laserviestinnän tulevaisuus sai hieman kirkkaamman, mutta onko tällaisen teknologian markkinat olemassa avaruusjärjestön ulkopuolella? Voitte olla.

Kuituoptiikka on edelleen kuningas

Britannian fyysikko Harold Hopkinsin vuonna 1952 käyttämät kuitupitit vähitellen ylittivät sähköisen kaapelin, koska tekniikkaa parannettiin tarkemmin viritettävien laserien ja korkealaatuisempien kuitujen avulla. Nykyään se on viestintätekniikka - ainakin, kunnes FSO: n viestintä tulee tehokkaammaksi ja tehokkaammaksi. Teknologia, joka siirtää tietoja sisäpintaisen heijastavan lasi- tai muovikaapelin avulla kääntyneiden valopulssien avulla, voi kuljettaa enemmän informaatiota sekunnissa, pidemmillä etäisyyksillä ja ilman hajoamista kuin sähköpulsseja kuparijohtojen kautta [lähde: National Geographic; Thomsen].

Lasertekniikan sovellukset: ulkoavaruudesta Wall Streetiin

Lasertekniikka voi olla avuksi avaruuden etsinnässä, mutta paljon maallisista harrastuksista määrittelee sen kohtalon kaupallisena tekniikkana.

Ottakaa esimerkiksi Wall Streetin nouseva nopeiden kauppiaiden rotu, joka hyödyntää kvantitatiivisen analyysin voiman, nopean laajakaistan nopeuden ja monien mikrotransaktioiden nopeuden, jotta voitot saataisiin yhdeksi murtojäseneksi kerrallaan. "Robo-kauppiaille" rakennettuihin yrityksiin, jotka tekevät millisekuntikauppoja sääntöjen mukaan, lähetysaika on rahaa, ja laserit ovat kaupungin nopein peli (lähteet: Adler; CBS News; Strasburg].

Jotta kaikki kaupasta voitaisiin purkaa, yritykset, kuten Spread Networks, investoivat parhaaseen käytettävissä olevaan kuituun ja leikkaavat kaikki kynät ja käyrät, joita ne voisivat saada kaupallisten pääkaupunkien, kuten Chicagon, New Yorkin, Lontoon ja Tokion (jokaisen ylimääräisen mailin noin kahdeksan) mikrosekuntia dataa pyöriessä). Kun tämä ei ollut tarpeeksi nopeaa, muut ryhmät, kuten McKay Brothers ja Tradeworx, heittivät valokuituja syrjään mikroaaltojen hyväksi. Vaikka teho ja nopeus ovat vain yläpuolella radioasennossa, mikroaallot kulkevat nopeammin ilman kautta, kuin valo kulkee kuituoptiikan läpi [lähteet: Adler; Strasburg].

Lasertekijät voivat mahdollisesti lähettää kaikkien nopeimmat nopeudet; valon nopeus ilmaa vastaan ​​on lähes yhtä nopea kuin tyhjiössä, ja se voisi kulkea 7 300 mailia (1 160 kilometriä) New Yorkin ja Chicagon välillä noin 3,9 millisekunnissa - edestakainen matka (aka latenssi) 7,8 millisekuntia verrattuna 13,0-14,5 millisekuntia uusille kuituoptisille järjestelmille ja 8,5 - 9,0 millisekuntia mikroaaltolähettimille [lähde: Adler].

Turvallisuusalalla laserit ja muut optiset viestintäjärjestelmät tarjoavat turvallisemman viestinnän - ja keinot salakuunnella niitä. Quantum cryptography hyödyntää kvanttifysiikan ominaisuutta - nimittäin sitä, että kolmas osapuoli ei pysty havaitsemaan fotonisen salausavaimen kvanttitilaa muuttamatta sitä ja siten havaitsemaan - erittäin turvallisen tietoliikenteen luomiseksi käyttämällä heikennetyt laserit [lähteet: Grant; Waks et ai.]. Syksyllä 2008 Wienin tutkijat alkoivat kokeilla kvanttiyhteisöä, joka perustui osittain tähän periaatteeseen [lähde: Castelvecchi]. Valitettavasti lasereita on myös käytetty tällaisten signaalien sieppaamiseen ja väärentämiseen ei-kvanttisella tavalla, mikä kiertää havaitsemista. Quantum-salausyritykset pyrkivät ratkaisemaan ongelman [lähteet: Dillow; Lydersen et ai.].

Itse asiassa tärkeimmät haitat lasertietoliikenteessä ilmakehässä liittyvät sateen, sumun tai epäpuhtauksien häiriöihin, mutta tekniikan edut huomioon ottaen nämä ongelmat eivät todennäköisesti pysäytä tekniikan etenemistä. Niinpä, kirjaimellisesti tai kuvitteellisesti taivas on laserviestintätekniikoiden raja.

1 001 Käyttö lasertekniikkaan

Suurten nopeuksien tietoliikenneyhteydet verkkojen välillä ovat vain jäävuoren kärki siitä, mikä on mahdollista lasertekniikalla, mistä monet johtuvat tarvittavasta fyysisestä yhteydestä. Palkit voivat liittää tietokonekortteja tietokoneisiin, risteytyksiin ja teihin ilman oikeus- tai omistusoikeutta, ja ne on pystytettävä väliaikaisina verkostoina taisteluiden tai katastrofien aikana. Ne voivat tarjota verkon redundanssia, liittää olemassa olevia optisia verkkoja tai lähteä lähemmäksi konvergoitua äänidatan infrastruktuuria - kaikki suurella nopeudella, alhaisella virhemäärällä ja sähkömagneettisten häiriöiden häiriönsiirrossa [lähteet: Carter ja Muccio; Merkitä].

Tekijän huomautus: miten laserviestintä toimii

Laserviestinnät ovat eräs hyvä esimerkki siitä, miten elämme tulevaisuudessa, mutta yhdistän aina konseptin menneisyydestä. Kylmän sodan aikana Léon Theremin - videoiden lomittelun keksijä ja nimekkäinen sähköinen instrumentti, joka kuului tieteellisissä fiktioelementeissä - kehitti kevytpohjaisen kuuntelulaitteen, joka kykeni kauko-ohjaamaan toimistoa (se oli itse asiassa pienitehoinen infrapunasäde, ei laser). Se toimi tunnistamalla tärinät lasin rungossa, jonka aiheutti äänien tuottama äänenpaine kohdetilassa. Neuvostolaiset käyttivät tätä laitetta, nykyaikaisten lasermikrofonien esi-isä, salakuunteluun eri suurlähetystöissä Moskovassa.


Video Täydentää: .




FI.WordsSideKick.com
Kaikki Oikeudet Pidätetään!
Jäljentämistä Materiaalien Sallittu Vain Prostanovkoy Aktiivinen Linkki Sivustoon FI.WordsSideKick.com

© 2005–2019 FI.WordsSideKick.com