Buracos em Nuvens Gerados a Laser: Avanço para Dados de Satélite de Alta Velocidade

• Pesquisadores querem criar buracos nas nuvens para transmitir informações em altas taxas.
• Para isso, usarão filamentos de laser ultracurtos de alta intensidade.
• A tecnologia não deixa impacto negativo na atmosfera.

A informação de longo alcance hoje é transmitida por ondas de rádio (via satélites) ou fibra óptica subterrânea. No entanto, o fluxo de informação aumenta significativamente a cada ano e em breve não será possível atender à demanda diária transmitindo dados apenas por ondas de rádio.

Como as ondas de rádio têm comprimentos de onda mais longos (comparados ao laser), elas restringem a quantidade de dados a ser transferida. Além disso, suas bandas de frequência disponíveis são limitadas e progressivamente caras.

É por isso que pesquisadores estão agora mudando seu foco para técnicas a laser, que são muito mais complexas que frequências de rádio, mas têm inúmeras vantagens em termos de segurança. Atualmente, barreiras atmosféricas são um dos principais problemas para comunicações ópticas de espaço livre (FSO).

Agora, pesquisadores da Universidade de Genebra, Suíça, desenvolveram uma técnica que envolve criar buracos nas nuvens para abrir caminho para informações transmitidas a laser a partir de um satélite.

Perfurando as Nuvens

Lasers com comprimentos de onda ultracurtos podem transportar dez mil vezes mais dados que ondas de rádio, e não há limite para o número de canais. No entanto, esses feixes ultracurtos não conseguem penetrar neblina e nuvens. Assim, em mau tempo, você não consegue realmente transmitir dados com lasers.

Para resolver esse problema, pesquisadores estão desenvolvendo mais estações terrestres que podem receber sinais a laser em diferentes regiões. O objetivo é selecionar estação(ões) alvo de satélite(s) conforme o clima.

Este tipo de solução já existe, mas a transmissão de dados ainda depende de condições climáticas. Também altera a configuração do(s) satélite(s) – um problema sério que deve ser processado upstream da comunicação.

Por enquanto, a única solução eficaz é criar um buraco através das nuvens para transmitir o feixe a laser que carrega informação. Neste estudo, os autores fizeram algo semelhante: construíram um laser ultracurto de alta intensidade que aquece o ar a mais de 1750 Kelvin e gera uma onda de choque para expelir radialmente gotículas de água para fora do feixe do ar que varre. Isso produz um buraco de vários centímetros de largura por toda a espessura da nuvem.

Referência: arXiv:1810.09800 | Universidade de Genebra

Eles usaram a mesma tecnologia a laser que recebeu o Prêmio Nobel de Física de 2018 (pinças ópticas). Você só precisa manter o feixe na nuvem e ele transportará dados de telecom de alta taxa de bits, pois sua frequência está na faixa de quilohertz.

Crédito: UNIGE/Xavier Ravinet

Segundo os pesquisadores, este é o primeiro método ativo que abre um link óptico através de nuvens e neblinas. O laser de alta potência de pico produz um caminho local sem nuvens com espalhamento Mie reduzido para o segundo feixe modulado. Eles também afirmaram que sua tecnologia não deixa impacto negativo na atmosfera.

Quanto Tempo Leva Para Implementar Isso?

Pesquisadores estão atualmente testando os lasers em nuvens artificiais que têm espessura de apenas 50 centímetros, mas são 10.000 vezes mais densas que nuvens atmosféricas. Os lasers funcionam muito bem neste cenário, mesmo quando a nuvem está em movimento.

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Na próxima fase de testes, usarão neblina e nuvens mais espessas (até 1.000 metros de espessura) com diferentes densidades e altitudes. É um passo crucial para a comunicação a laser por satélite comercial, e pesquisadores acreditam que a tecnologia será implementada globalmente até 2025.