Láseres que perforan nubes: avance para transmisión de datos satelital de alta velocidad

• Investigadores quieren perforar agujeros en las nubes para transmitir información a altas tasas.
• Para ello, usarán filamentos láser ultracortos de alta intensidad.
• La tecnología no deja impacto negativo en la atmósfera.

Hoy en día, la información de largo alcance se transmite mediante ondas de radio (vía satélites) o fibra óptica subterránea. Sin embargo, el flujo de información aumenta significativamente cada año y pronto no será posible satisfacer la demanda diaria transmitiendo datos solo por ondas de radio.

Dado que las ondas de radio tienen longitudes de onda más largas (comparadas con el láser), restringen la cantidad de datos transferibles. Además, sus bandas de frecuencia disponibles son limitadas y progresivamente costosas.

Por eso los investigadores centran ahora su atención en técnicas láser, más complejas que las frecuencias de radio pero con numerosas ventajas en términos de seguridad. Actualmente, las barreras atmosféricas son uno de los principales problemas para las comunicaciones ópticas en espacio libre (FSO).

Ahora, investigadores de la Universidad de Ginebra, Suiza, han ideado una técnica que consiste en perforar agujeros en las nubes para allanar el camino a la información transmitida por láser desde un satélite.

Perforando las nubes

Los láseres con longitudes de onda ultracortas pueden transportar diez mil veces más datos que las ondas de radio, y no hay límite en el número de canales. Sin embargo, estos haces ultracortos no pueden penetrar niebla y nubes. Así, en mal tiempo, no se pueden transmitir datos con láseres.

Para resolver este problema, los investigadores están desarrollando más estaciones terrestres que puedan recibir señales láser en distintas regiones. El objetivo es seleccionar la(s) estación(es) objetivo del/los satélite(s) según el clima.

Este tipo de soluciones ya existen, pero la transmisión de datos sigue dependiendo de las condiciones meteorológicas. Además, cambia la configuración del/los satélite(s), un problema serio que debe procesarse antes de la comunicación.

Por ahora, la única solución eficaz es crear un agujero a través de las nubes para transmitir el haz láser que lleva la información. En este estudio, los autores han hecho algo similar: han construido un láser ultracorto de alta intensidad que calienta el aire a más de 1.750 Kelvin y genera una onda de choque para expulsar radialmente las gotas de agua fuera del haz del aire que barre. Esto produce un agujero de varios centímetros de ancho a lo largo de todo el espesor de la nube.

Referencia: arXiv:1810.09800 | Universidad de Ginebra

Usaron la misma tecnología láser galardonada con el Premio Nobel de Física 2018 (pinzas ópticas). Solo necesita mantener el haz en la nube y esta transportará datos de telecomunicaciones de alta tasa de bits, ya que su frecuencia está en el rango de kilohercios.

Crédito: UNIGE/Xavier Ravinet

Según los investigadores, este es el primer método activo que abre un enlace óptico a través de nubes y nieblas. El láser de alta potencia pico produce una vía local sin nubes con dispersión Mie reducida para el segundo haz modulado. También afirman que su tecnología no deja impacto negativo en la atmósfera.

¿Cuánto tiempo llevará implementar esto?

Los investigadores están probando actualmente los láseres en nubes artificiales de solo 50 centímetros de espesor pero 10.000 veces más densas que las nubes atmosféricas. Los láseres funcionan muy bien en esta configuración, incluso cuando la nube se mueve.

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En la próxima fase de pruebas, usarán niebla y nubes más gruesas (hasta 1.000 metros de espesor) con diferentes densidades y altitudes. Es un paso crucial hacia la comunicación láser satelital comercial, y los investigadores creen que la tecnología se implementará globalmente para 2025.