Novo sistema laser inovador atravessa a atmosfera terrestre como se não fosse nada

Nem todo mundo está tão apaixonado pelas distorções da nossa atmosfera. Para muitos cientistas e engenheiros, uma grande quantidade de pesquisas atmosféricas e espaciais e de sistemas de comunicações terra-satélite seria muito mais fácil se o ar simplesmente não existisse.

Remover a bolha de gases protetora do nosso planeta não é exatamente uma opção viável. Mas pesquisadores australianos e franceses se uniram para projetar a segunda melhor opção – um sistema que guia a luz através das tempestuosas e ondulantes correntes de ar com o movimento de um espelho.

O resultado é um vínculo através de laser capaz de se manter na atmosfera com estabilidade sem precedentes.

Embora os astrônomos tenham alguns truques na manga para corrigir as distorções da atmosfera na luz incidente, tem sido um desafio emitir um feixe coerente de fótons do solo para um receptor distante para que eles se mantenham juntos e no ponto.

Manter as transmissões coerentes e no ponto – com suas fases permanecendo perfeitamente alinhadas – por centenas de quilômetros de deslocamento aéreo nos permitiria conectar ferramentas de medição altamente precisas e sistemas de comunicação.

Os satélites podem sondar por minérios ou avaliar os lençóis freáticos com maior precisão. A transferência de dados em alta velocidade pode exigir menos energia e conter mais informações.

O autor principal Ben Dix-Matthews, engenheiro elétrico do Centro Internacional de Pesquisa em Radioastronomia da Austrália, explicou a tecnologia ao ScienceAlert.

“O terminal ativo usa essencialmente uma pequena câmera de quatro pixels, que mede o movimento lateral do feixe recebido”, disse Dix-Matthews.

“Esta medição de posição é então usada para controlar ativamente um espelho direcionável que mantém o feixe recebido centralizado e remove o movimento lateral causado pela atmosfera.”

Assim o sistema pode ser usado para compensar os efeitos de distorção do ar em movimento em três dimensões – não apenas para cima e para baixo, ou esquerda e direita, mas ao longo da trajetória do feixe, mantendo o vínculo centralizado e suas fases em ordem.

Até agora, ele só foi testado em uma distância relativamente curta de 265 metros. Cerca de 715 metros de cabo de fibra óptica foram colocados no subsolo entre o transmissor e o receptor para transportar um feixe para fins de comparação.

Os resultados foram tão estáveis ​​que puderam ser usados ​​para conectar os tipos de relógios atômicos ópticos usados ​​para testar a física fundamental, como as teorias da relatividade de Einstein.

Com a prova de conceito demonstrada, não há razão para pensar que uma técnica semelhante não estará um dia apontada para o céu profundo. Embora haja alguns obstáculos que precisam ser superados primeiro.

“Durante este experimento, tivemos que fazer o alinhamento inicial à mão, usando um laser guia visível que estava alinhado com o feixe infravermelho estabilizado”, disse Dix-Matthews ao ScienceAlert.

“Ao fazer ligações entre relógios atômicos ópticos, seria bom ter uma maneira de fazer esse alinhamento com mais facilidade.”

Felizmente, os colaboradores franceses de Dix-Matthews estão trabalhando em um dispositivo que irá acelerar o processo inicial de alinhamento, prometendo uma segunda geração de tecnologia de vínculo a laser que não exigirá uma configuração tão complexa.

A equipe também constatou que variações de temperatura no equipamento afetaram a estabilidade da fase, limitando a duração do sinal em cerca de 100 segundos. Esse obstáculo também será o foco de melhorias futuras.

Podemos não precisar esperar muito. Os pesquisadores já estão avançando nas atualizações de seu sistema.

“Começamos a usar um amplificador de laser de alta potência que deve nos ajudar a lidar com as perdas maiores de potência esperadas em distâncias mais longas, como no espaço”, diz Dix-Matthews.

“Também reconstruímos completamente nosso terminal ativo para torná-lo mais sensível a baixas potências recebidas e torná-lo mais eficaz no cancelamento do movimento do feixe recebido.”

Com a tecnologia orbital rapidamente se tornando um foco principal para muitos provedores de dados, potencialmente enchendo nossos céus com satélites, as inovações nos sistemas conectados de comunicação em toda a nossa atmosfera apenas se tornarão mais procuradas.

Por mais útil que seja a nossa atmosfera para manter todos nós vivos, certamente existem algumas desvantagens em estar coberto sob um manto agitado de gás quente.

Esta pesquisa foi publicada na Nature Communications.