Почти четверть века ключевым оборудованием в оптических беспроводных телекоммуникациях являются лазеры. Лазер генерирует когерентное излучение – электромагнитные волны, «помещающихся» в очень узкой полосе частот. В оптическом передатчике этот узкополосный луч модулируется полезной информацией и направляется на излучающую оптическую антенну.
Эта традиционная схема будет работать еще много лет, поскольку обеспечиваемая ею скорость передачи данных недосягаема для всех работающих сегодня технологий беспроводной связи. Но пока разработчики совершенствуют эту базовую оптическую технологию связи, ученые-радиофизики исследуют различные оптические явления, которые могли бы в недалеком будущем обеспечить значительное повышение скоростей передачи данных.
Одной из таких перспективных научных находок стало использование оптических солитонов – своеобразных «пакетов» волн света. С помощью этих «пакетов» могут быть сгенерированы так называемые «оптические частотные гребенки», представляющие собой излучение, состоящее из набора узких спектральных линий. Спектр излучения на экране анализатора спектра напоминает гребешок для волос (смотрите иллюстрацию к блогу) – отсюда название оптического явления.
Каждая спектральная линия («зуб гребешка») может быть использован для организации отдельного независимого канала связи. А значит, с помощью оптической частотной гребенки можно организовать сверхширокополосный канал, благодаря чему существенно повысить пропускную способность линии связи, по сравнению с использованием «ультранизкополосного» лазерного луча. Технология сверхскоростной связи еще не доведена до коммерческого использования, а оптическим частотным гребенкам ученые уже нашли очередное применение – сверхточное измерение расстояний с помощью светового луча, спектр которого представляет собой оптическую частотную гребенку.
Способ измерения и система, реализующая этот способ, изобретены группой сотрудников Технологического института Карлсруэ и Швейцарского федерального политехнического университета Лозанны. Принцип измерения основан на том, что при распространении луча света, характеристики спектральных составляющих оптической частотной гребенки изменяются. Зная закон, описывающий эти изменения в зависимости от пройденного лучом расстояния (от интервала времени до точки измерения), и сравнивая характеристики спектральных составляющих «измерительного луча» с характеристиками эталонной оптической частотной гребенки, можно с высокой точностью измерить расстояние, пройденное лучом света до препятствия (объекта, до которого нужно измерить расстояние).
Система измерения состоит из двух идентичных полупроводниковых микросхем, генерирующих две идентичные оптические частотные гребенки (сигнал от первой направляется к объекту измерения, сигнал от второй используется в качестве эталонной гребенки) и сверхбыстродействующего анализатора спектра, в котором выполняется сравнение спектральных характеристик первой и второй гребенок с частотой 100 МГц (одно измерение производится за 100-миллионную долю секунды). Микросхемы содержат полупроводниковые лазеры (источники-света-на-чипе). Лазерные лучи направляются в сферические микрорезонаторы, выполненные в подложке из нитрида кремния, в которых формируются оптические частотные гребенки.
Для демонстрации возможностей прототипа солитонной системы измерения расстояний ученые осуществили сканирование поверхности пули, летящей со скоростью 160 м/с. В результате этого «обследования в полете» была измерена шероховатость поверхности пули с погрешностью не более 1 мкм.
Комментарии
Отправить комментарий