Lasery mohou přenášet několik desítek terabitů za sekundu

Výzkumníci z ETH v Curychu a jejich evropští partneři úspěšně přenesli ve Švýcarsku několik desítek terabitů dat za sekundu pomocí laserů, a to navzdory velkému množství rušivých vzdušných turbulencí.

K dosažení tohoto milníku učinili partneři evropského projektu Horizon 2020 významný krok vpřed při vytváření satelitního optického komunikačního spojení prostřednictvím úspěšného testu provedeného mezi alpským horským vrcholem Jungfraujoch a švýcarským městem Bern, píše portál InterestingEngineering.

Přestože laserový systém nebyl testován přímo s obíhajícím satelitem, podařilo se jim dosáhnout přenosu dat s vysokým výkonem na vzdálenost 53 km ve volném prostoru. V budoucnu tato technologie umožní vytvořit páteřní spojení prostřednictvím konstelací družic v blízkosti Země, která budou podstatně levnější než hlubokomořské kabely.

„Pro optický přenos dat je naše testovací trasa mezi Výškovou výzkumnou stanicí na Jungfraujochu a Zimmerwaldskou observatoří na univerzitě v Bernu mnohem náročnější než mezi družicí a pozemní stanicí,“ vysvětluje Yannick Horst, hlavní autor studie.

Páteř internetu tvoří hustá síť optických kabelů, z nichž každý přenáší mezi uzly sítě až 100 terabitů dat za sekundu. Mezikontinentální spojení jsou vytvářena prostřednictvím hlubokomořských sítí, což představuje obrovské náklady – jediný kabel přes Atlantik vyžaduje investici v řádu stovek milionů dolarů. Zavedení podmořských kabelů je nákladné, pracné a časově náročné.

Bezdrátové telekomunikace by byly mnohem jednodušší a levnější. Starlink Elona Muska je síť více než 2 000 satelitů obíhajících v blízkosti Země, která poskytuje přístup k internetu prakticky ve všech koutech světa. Přenos dat mezi satelity a pozemními stanicemi však využívá rádiové technologie, které jsou podstatně méně výkonné. Stejně jako bezdrátová místní síť (WLAN) nebo mobilní komunikace pracují tyto technologie v mikrovlnném rozsahu spektra, a mají tedy vlnové délky o velikosti několika centimetrů.

Naproti tomu laserové optické systémy pracují v blízké infračervené oblasti s vlnovými délkami několika mikrometrů, které jsou přibližně 10 000krát kratší. Díky tomu mohou přenášet více informací za jednotku času. Používání laserů však s sebou nese i problémy.

Laserový paprsek prochází hustou atmosférou v blízkosti země. Pohyb světelných vln a v důsledku toho i přenos dat přitom ovlivňuje mnoho faktorů. Třepotání vzduchu způsobené tepelnými jevy narušuje rovnoměrný pohyb světla a v horkých letních dnech ho lze pozorovat pouhým okem.

Aby těmto chybám zabránili, nasadili vědci čip s mikroelektromechanickým systémem (MEMS) s maticí 97 malých nastavitelných zrcadel. Zrcátka dokáží korigovat fázový posun paprsku na jeho průsečné ploše podél aktuálně měřeného gradientu 1 500krát za sekundu, což v konečném důsledku zlepšuje signály přibližně 500krát. Toto zlepšení bylo podle vědců zásadní pro dosažení šířky pásma 1 terabit za sekundu na vzdálenost 53 kilometrů.

„Náš systém představuje průlom. Doposud byly možné pouze dvě možnosti: buď spojení na velké vzdálenosti s malou šířkou pásma několika gigabitů, nebo na krátké vzdálenosti několika metrů s velkou šířkou pásma pomocí laserů ve volném prostoru,“ řekl profesor Jürg Leuthold.

Navíc bylo dosaženo výkonu 1 terabitu za sekundu s jedinou vlnovou délkou. V budoucích praktických aplikacích lze systém snadno rozšířit na 40 kanálů, a tím i na 40 terabitů za sekundu s využitím standardních technologií.

Škálování není něco, čím by se Leuthold a jeho tým zabývali. V jedné části práce budou vědci z ETH Zurich pokračovat: Nový modulační formát, který vyvinuli, by v budoucnu mohl zvýšit šířku pásma i u jiných metod přenosu dat, kde se energie paprsku může stát limitujícím faktorem.

Zdroj: InterestingEngineering