Interpretación del artista de la imagen de demostración de comunicaciones láser lunar de la NASA cortesía de la NASA Cuando se inventaron los láseres, se les llamó una solución en busca de un problema. Todos pensaron que eran tan geniales como el condensado de Bose-Einstein, pero nadie sabía muy bien qué hacer con estos dispositivos que podían producir un haz de luz muy enfocado.
Hoy dia, los láseres se han convertido en una de las tecnologías más importantes del mundo, utilizado en industrias que van desde la tecnología de la información hasta las telecomunicaciones, medicamento, electrónica de consumo, cumplimiento de la ley, equipamiento militar, entretenimiento y fabricación.
Desde los primeros días del desarrollo del láser, los investigadores se dieron cuenta de que la luz podía superar a la radio en términos de velocidad y densidad de la información. Todo se redujo a la física. Las longitudes de onda de luz están empaquetadas mucho más apretadas que las ondas de sonido, y transmiten más información por segundo, y con una señal más fuerte. Comunicaciones láser, una vez logrado, sería el tren bala al tren de vagones de la radio [fuentes:Hadhazy; Thomsen].
En un sentido, Los láseres se han utilizado en las comunicaciones durante años. Transferimos información vía láser todos los días, ya sea leyendo CD y DVD, escanear códigos de barras en las líneas de pago o aprovechar la red troncal de fibra óptica de los servicios telefónicos o de Internet. Ahora un enfoque más directo, uno que permita una comunicación punto a punto de alto rendimiento, a grandes distancias, a través del aire o el espacio, con poca pérdida de datos - está en el horizonte.
Ha sido un tiempo llegar aquí. Ya en 1964, La NASA jugó con la idea de usar láseres para las comunicaciones de los aviones. La idea era convertir primero la voz de un piloto en pulsos eléctricos, luego en un haz de luz. Un receptor en el suelo revertiría el proceso [fuente:Science News Letter]. En octubre de 2013, La NASA se dio cuenta y superó con creces esta visión cuando una nave que orbitaba la luna envió datos a una estación terrestre a través de un rayo láser pulsado - 239, 000 millas (384, 600 kilómetros) de transmisión a una velocidad de descarga inaudita de 622 megabits por segundo (Mbps) [fuente:NASA]. En comparación, Los planes de datos del consumidor de alta velocidad generalmente se miden en decenas de megabits.
Y de alta velocidad alta densidad es el nombre del juego. Durante la mayor parte de su historia, La NASA se ha involucrado en audaces misiones de exploración solo para verse obstaculizada por el equivalente a velocidades de descarga de acceso telefónico. Con comunicaciones láser, la agencia está entrando en la era de la alta velocidad, abriendo la puerta para, entre otras aplicaciones, transmisiones de video de alta calidad de futuros vehículos móviles.
La NASA no está sola. Los criptógrafos y los expertos en seguridad ven a los láseres como un sistema de entrega casi instantáneo, mientras que la nueva generación de operadores de alta frecuencia en Wall Street están dispuestos a pagar mucho dinero por cualquier conectividad que pueda reducir en milisegundos sus tiempos comerciales. Fabricantes de computadoras, acercándose a los límites de lo que se puede lograr con cobre y silicio, también están investigando posibles aplicaciones láser.
Cuando la velocidad lo es todo y la luz marca el límite de velocidad del universo, los láseres seguramente serán la respuesta, si la tecnología se puede hacer práctica.
El objetivo de las tecnologías de la comunicación es transmitir información rápidamente, completa y precisa. Si alguna vez cenaste con un patán, entonces sabrá la poca información que puede contener un muro de ruido; si alguna vez has jugado al juego telefónico, has experimentado cómo el significado se puede estropear cuando se transmite mal.
Históricamente, las comunicaciones de larga distancia han multiplicado estas dificultades. Transmisión - por tambor, hoguera, fumar, bandera o luz:primera traducción requerida en un código necesariamente simple. Los cables telegráficos y el código Morse hicieron posible la transmisión compleja pero costosa, reforzando de nuevo la virtud de la brevedad.
La comunicación electrónica moderna requiere un dispositivo de envío que pueda codificar cualquier dato en una forma transmisible y un receptor que pueda distinguir entre el mensaje (señal) y su línea circundante estática (ruido). Teoría de la información , un modelo matemático iniciado por el ingeniero estadounidense Claude Shannon en 1948, proporcionó el marco que finalmente resolvió este problema e hizo tecnologías como el teléfono celular, Internet y el módem posible [fuente:National Geographic].
En principio, Los sistemas de comunicación láser se asemejan a los módems que hemos utilizado en nuestros hogares desde el surgimiento de Internet. Modem son las siglas de MODulation-DEModulation, un proceso en el que la información digital se convierte en analógica para su transmisión, luego de vuelta otra vez. Los primeros módems acústicos utilizaban ondas de sonido para la transmisión a través de líneas telefónicas. Los módems ópticos pasan del sonido a una parte del espectro de frecuencias más altas, luz.
No es un concepto completamente nuevo. Dispositivos audiovisuales con audio óptico, como muchos reproductores de DVD, utilizar un dispositivo similar a un módem llamado módulo de transmisión para convertir señales digitales a LED o luz láser, que luego viaja a lo largo del cable de fibra óptica hasta un componente de destino, como un televisor o un receptor de audio. Hay un módulo de recepción de luz vuelve a convertir la luz en una señal eléctrica digital adecuada para altavoces o auriculares.
Prueba de concepto de la NASA Demostración de comunicación láser lunar ( LLCD ), desarrollado por el Laboratorio Lincoln del MIT, utiliza un sistema similar, pero prescinde de la fibra en favor de la transmisión láser a través del aire y el espacio (a veces llamado comunicación óptica en espacio libre , o FSO ). LLCD utiliza tres componentes:
Con el éxito del experimento, el futuro de las comunicaciones láser se ha vuelto un poco más brillante, pero, ¿existe un mercado para dicha tecnología fuera de la agencia espacial? Puedes apostar que lo hay.
La fibra óptica sigue siendo el reyFibra óptica, hecho práctico por primera vez por el físico británico Harold Hopkins en 1952, gradualmente superó al cable electrónico a medida que la tecnología fue mejorada por láseres sintonizables con mayor precisión y fibra de mayor calidad. Hoy dia, es la tecnología de referencia para las comunicaciones, al menos hasta que la comunicación FSO sea más eficiente y eficaz. La tecnología, que transmite datos utilizando pulsos de luz que rebotan a lo largo de un cable de plástico o vidrio reflectante internamente, puede transportar más información por segundo, para distancias más largas y sin degradación, que los pulsos eléctricos a lo largo de los cables de cobre [fuente:National Geographic; Thomsen].
Las comunicaciones láser pueden ser de gran ayuda para la exploración espacial, pero actividades mucho más terrenales determinarán su destino como tecnología comercial.
Llevar, por ejemplo, La generación emergente de operadores de alta velocidad de Wall Street que aprovechan el poder del análisis cuantitativo, la velocidad de la banda ancha premium y una multiplicidad de microtransacciones para acumular ganancias en una fracción de centavo a la vez. Para una empresa basada en "robo-traders, "algoritmos informáticos que realizan operaciones de milisegundos de acuerdo con un conjunto de reglas, el tiempo de transmisión es dinero, y los láseres son el juego más rápido de la ciudad [fuentes:Adler; CBS News; Estrasburgo].
Para aprovechar al máximo cada operación, empresas como Spread Networks invirtieron en la mejor fibra disponible y cortaron todos los recovecos y curvas que pudieron de las mangueras de datos que conectan capitales comerciales como Chicago, Nueva York, Londres y Tokio (cada milla adicional agrega aproximadamente ocho microsegundos a los viajes de ida y vuelta de datos). Cuando eso no fue lo suficientemente rápido otros grupos, como McKay Brothers y Tradeworx, echó la fibra óptica a un lado en favor de las microondas emitidas por el aire. Aunque solo está un paso por encima de la radio en términos de potencia y velocidad, las microondas viajan más rápido a través del aire que la luz a través de la fibra óptica [fuentes:Adler; Estrasburgo].
Los láseres podrían presentar las velocidades más rápidas de todas; la velocidad de la luz a través del aire es casi tan rápida como en el vacío, y podría atravesar las 720 millas (1, 160 kilómetros) que separan Nueva York y Chicago en aproximadamente 3,9 milisegundos, un viaje de ida y vuelta (también conocido como latencia) de 7,8 milisegundos, en comparación con 13,0-14,5 milisegundos para los nuevos sistemas de fibra óptica y 8,5-9,0 milisegundos para los transmisores de microondas [fuente:Adler].
En el ámbito de la seguridad, los láseres y otros sistemas de comunicaciones ópticas ofrecen comunicaciones más seguras y los medios para escucharlos a escondidas. La criptografía cuántica aprovecha una propiedad de la física cuántica, a saber, que un tercero no puede detectar el estado cuántico de la clave de cifrado fotónico sin alterarlo y, por lo tanto, ser detectado - para establecer comunicaciones altamente seguras utilizando haces de fotones creados por láseres atenuados [fuentes:Grant; Waks y col.]. En otoño de 2008, Los investigadores de Viena comenzaron a experimentar con una Internet cuántica basada en parte en este principio [fuente:Castelvecchi]. Desafortunadamente, Los láseres también se han utilizado para interceptar y falsificar tales señales de una manera no cuántica, evitando así la detección. Las empresas de cifrado cuántico están trabajando para abordar el problema [fuentes:Dillow; Lydersen y col.].
De hecho, los principales inconvenientes de las comunicaciones láser dentro de la atmósfera tienen que ver con la interferencia de la lluvia, niebla o contaminantes, pero dadas las ventajas de la tecnología, Es poco probable que estos problemas detengan el avance de la tecnología. Entonces, literal o figurativamente, el cielo es el límite para las tecnologías de comunicaciones láser.
1, 001 Usos de la comunicación láserLas posibles comunicaciones de datos de alta velocidad entre redes son solo la punta del iceberg en cuanto a lo que es posible con las comunicaciones láser. muchos de los cuales se derivan de la falta de conexión física requerida. Los haces pueden conectar chips de computadora dentro de las computadoras, cruzar terrenos y carreteras sin requerir derecho de paso o propiedad, y ser erigidos como redes temporales durante las batallas o en condiciones de desastre. Pueden proporcionar redundancia de red, conectar las redes ópticas existentes o acercarnos a la infraestructura convergente de datos de voz, todo con alta velocidad, bajas tasas de error e inmunidad a interferencias electromagnéticas [fuentes:Carter y Muccio; Marcar].
Las comunicaciones láser son otro gran ejemplo de cómo vivimos en el futuro, pero siempre asociaré el concepto con un episodio del pasado. Durante la Guerra Fría, Léon Theremin, inventor del entrelazado de video y del instrumento eléctrico homónimo que se escucha en decenas de películas de ciencia ficción, desarrolló un dispositivo de escucha basado en la luz capaz de molestar de forma remota una oficina (en realidad era un haz infrarrojo de baja potencia, no un láser). Funcionó al detectar las vibraciones en un panel de vidrio causadas por la presión sonora generada por las voces dentro de la habitación objetivo. Los soviéticos usaron este dispositivo, el antepasado de los micrófonos láser modernos, para escuchar a escondidas varias embajadas en Moscú.
