Het zou de droom van een planeetwetenschapper zijn om in realtime door de ogen van de lenzen van een verre rover te turen en rond te kijken in een buitenaards landschap alsof ze zich daadwerkelijk op het oppervlak van de planeet bevindt, maar de huidige radiozenders kunnen dat niet. omgaan met de bandbreedte die nodig is voor een videofeed over meerdere miljoenen mijlen. Nieuwe technologie, onlangs gepatenteerd door wetenschappers van de Universiteit van Rochester, kan echter toepassingen zoals een Mars-videofeed mogelijk maken, met behulp van lasers in plaats van radiotechnologie. Speciale roosters in het glas van een fiberlaser elimineren vrijwel alle schadelijke verstrooiing, de belangrijkste hindernis in de zoektocht naar krachtige fiberlasers.
? We gebruiken lasers in alles, van telecommunicatie tot geavanceerde wapens, maar als we een krachtige laser nodig hebben, moesten we terugvallen op oude, inefficiënte methoden? zegt Govind Agrawal, hoogleraar optica aan de universiteit van Rochester. ? We hebben nu een ongelooflijk eenvoudige manier getoond om high-power fiberlasers te maken, die een enorm potentieel hebben.?
Door een van de belangrijkste beperkingen van fiberlasers en fiberversterkers te verwijderen, heeft Agrawal hen in staat gesteld traditioneel krachtigere, maar minder efficiënte en slechtere traditionele lasers te vervangen. Momenteel gebruiken industrieën kooldioxide en diode-gepompte halfgeleider-kristallasers voor het lassen of snijden van metaal en het bewerken van kleine onderdelen, maar dit soort lasers zijn omvangrijk en moeilijk af te koelen. Daarentegen zijn het nieuwste alternatief, vezellasers, efficiënt, gemakkelijk af te koelen, compacter en nauwkeuriger. Het probleem met fiberlasers is echter dat naarmate hun wattage toeneemt, de fiber zelf een speling begint te creëren die de laser effectief uitschakelt.
Agrawal werkte aan een manier om de terugslag te elimineren die wordt veroorzaakt door een aandoening die gestimuleerde Brillouin-verstrooiing wordt genoemd. Wanneer licht met voldoende vermogen door een vezel naar beneden gaat, verandert het licht zelf de samenstelling van de vezel. De lichtgolven zorgen ervoor dat delen van de glasvezel steeds minder dicht worden, net zoals een reizende rups knarst en zijn lichaam uitbreidt terwijl hij beweegt. Terwijl het laserlicht van een gebied met een hoge dichtheid naar een gebied met een lage dichtheid gaat, wordt het op dezelfde manier afgebogen als het beeld van een rietje buigt terwijl het tussen de lucht en het water in een glas passeert. Naarmate het vermogen van de laser toeneemt, neemt de diffractie toe totdat deze een groot deel van het laserlicht naar achteren reflecteert, richting de laser zelf, in plaats van op de juiste manier langs de vezel.
In een gesprek met Hojoon Lee, een gastprofessor uit Korea, vroeg Agrawal zich af of roosters die in de vezel zijn geëtst, kunnen helpen het reflectieprobleem te stoppen. De roosters kunnen worden ontworpen om te fungeren als een soort bidirectionele spiegel, die bijna precies hetzelfde werkt als het aanvankelijke probleem, en alleen licht naar voren reflecteert in plaats van naar achteren. Met het nieuwe, eenvoudige ontwerp schiet het laserlicht de vezel door de roosters naar beneden, en een deel ervan creëert opnieuw de dichtheidsveranderingen die een deel van het licht naar achteren reflecteren? Maar deze keer weerkaatst de reeks roosters die achterwaartse reflectie weer naar voren. Het nettoresultaat is dat de fiberlaser hogere wattages dan ooit tevoren kan leveren, waardoor conventionele lasers kunnen concurreren en toepassingen mogelijk worden die conventionele lasers niet kunnen uitvoeren, zoals lasercommunicatie met een hoge bandbreedte met een planetaire rover op een afstand van enkele miljoenen kilometers.
Terwijl een laserstraal tussen planeten reist, verspreidt hij zich en breekt hij zo veel dat tegen de tijd dat een straal van Mars ons bereikt, de breedte groter zou zijn dan 500 mijl, waardoor het ongelooflijk moeilijk is om de informatie gecodeerd op de straal te extraheren. Een fiberlaser, met zijn vermogen om meer vermogen te leveren, zou helpen door ontvangende stations een intenser signaal te geven om mee te werken. Bovendien werkt Agrawal nu samen met NASA om een lasercommunicatiesysteem te ontwikkelen dat in het begin minder zou verspreiden. We hopen dat we in plaats van een straal die 500 mijl verspreidt, er misschien een kunnen krijgen die zich slechts een mijl of zo uitstrekt ,? zegt Agrawal. Die concentratie van het vermogen van de laser zou het ons veel gemakkelijker maken om signalen met een hoge bandbreedte te ontvangen van een verre rover.
Veel mensen gebruiken fiberlasers om conventionele lasers te vervangen, van het leger tot de eigen Omega-laser van de University of Rochester in het Laboratory for Laser Energetics (LLE), de krachtigste ultraviolette laser ter wereld. Agrawal gaat samenwerken met wetenschappers van LLE om het nieuwe roostersysteem mogelijk te implementeren in het nieuwe fiberlasersysteem van Omega.
Oorspronkelijke bron: University of Rochester News Release
