La luce può essere utilizzata per trasmettere informazioni tra i satelliti e la Terra? Il vapore acqueo atmosferico disperde e assorbe l'energia luminosa, ma supera quell'ostacolo, e la luce trasporterà molte più informazioni e le sposterà più velocemente delle onde radio su cui ci affidiamo attualmente. Un nuovo progetto di ricerca, sostenuto dalla National Geospatial-Intelligence Agency, propone di utilizzare le proprietà della luce stessa per creare un percorso di dati attraverso le nuvole.

"Il mio lavoro consiste nel comprendere i costituenti della luce e nel manipolarli per interagire con la materia. Negli ultimi anni, abbiamo visto più progressi nell'uso della luce per l'imaging biomedico e l'informatica quantistica, ma le proprietà fondamentali della manipolazione della luce sono le stesse, e la luce può essere fatta per fare questo lavoro, " disse Moussa N'Gom, un assistente professore di fisica al Rensselaer Polytechnic Institute.

Usando la luce per spostare i dati in modalità wireless, nota come comunicazione ottica nello spazio libero, è comune nelle applicazioni che devono percorrere solo una breve distanza, come i telecomandi a infrarossi. Ma l'affidabilità qualità, e la stabilità dei dati trasmessi dalla luce precipita quando vengono utilizzati su qualsiasi distanza sostanziale all'interno dell'atmosfera terrestre. Proprio come la luce del sole riscalda le nuvole e si rifrange in un bagliore diffuso, i dati che viaggiano come luce vengono dispersi e persi tra i gas dell'atmosfera.

Nel suo laboratorio, N'Gom manipola i tre componenti principali della luce:polarizzazione, che controlla la direzione del campo elettrico della luce; fase, che altera il modo in cui la luce interagisce con il suo ambiente; e l'ampiezza delle onde luminose, per creare luce specializzata con capacità insolite. Può usare la luce per immaginare i tessuti viventi, tagliare materiali duri con precisione, o migliorare la comunicazione ottica.

Per inviare dati attraverso l'atmosfera, N'Gom utilizza un laser configurato per generare un impulso di luce così breve, intenso, e uniforme che creerà una minuscola sfera di plasma, un gas surriscaldato creato dall'interazione tra l'impulso e il vapore acqueo delle nuvole, nell'aria lungo il percorso della luce.

La sfera di plasma continua ad assorbire energia da ulteriori impulsi, che a sua volta lo fa rifocalizzare e reindirizzare gli impulsi in arrivo e generare un'ulteriore sfera di plasma lungo il percorso della luce. Quindi il ciclo si ripete.

Questo effetto a cascata, risultante dall'interazione ripetitiva tra il treno di impulsi e il plasma, può generare un filamento laser lungo fino a 100 metri. Lungo quel filamento, le sfere di plasma producono un'onda acustica che disperde il vapore acqueo attorno ad essa. E nel tunnel trasparente che si forma attorno al filamento laser e al suo involucro di plasma, N'Gom può fornire un secondo flusso di dati a forma di ciambella che viaggia dallo spazio alla Terra senza degradarsi.

Ogni impulso dura solo nell'ordine di un femtosecondo, 10X-15 secondi, un tempo incredibilmente breve durante il quale la luce viaggia di circa 6 micron, o la larghezza di un capello umano.

"In questo stesso periodo di tempo molto breve, Posso fornire molta energia molto rapidamente, tutto in una volta, "N'Gom ha detto. "E questo spezza l'atmosfera. è molto breve, ma è così forte e focalizzato ad un certo punto, e ne avrai un'intera linea, creando un buco tra le nuvole che possiamo usare per inviare informazioni".

Sebbene ogni impulso sia composto da luce nello spettro visibile, con lunghezze d'onda comprese tra 400 e 800 nanometri, e racchiuda un'enorme quantità di energia per la sua durata, sono così brevi che il sistema non sarà visibile, né arrecare danno alla vita o all'ambiente.

Il progetto, "Free Space Optical Communication Through Dynamic Media" è supportato con un triennio di $ 600, 000 sovvenzione.