克服天氣干擾的超強雷射光 傳遞訊息量更大更安全

【本刊訊】地下的光纖電纜或無線電波,為現今傳遞訊息最常使用的方式;然而時至今日,無線電波技術已逐漸無法滿足龐大的訊息傳播。近期,許多研究開始轉向利用雷射發射器進行訊息傳遞,雖然技術上十分複雜,但其擁有許多的優勢及便利性,如訊息傳送的安全性。一般來說,雷射較無線電波傳遞不易攔截,安全性大增,然而這項尚處於實驗階段的新技術面臨到一個重大問題:雲層的干擾。由於雲層具有厚度與綿密的密度,使得雷射容易受到干擾並被阻擋傳遞。近日,瑞士日內瓦大學(University of Geneva)的研究團隊發表於Optica期刊的一篇研究指出,他們設計出一種雷射裝置,能夠將包含資訊的雷射光射穿雲層。

過去,縱使利用衛星進行無線電波傳遞訊號的功能十分強大,但到了現代,已無法滿足日常訊息的流量。無線電波的長波長會限制傳遞的訊息量,而且無線電波容易遭到攔截,有安全上的疑慮。日內瓦大學沃夫(Jean-Pierre Wolf)教授表示,雷射光的短波長可以攜帶比無線電波多出1萬倍的訊息量,且可以用來進行單一位置的傳輸,這也就代表雷射是項安全的傳遞方式。然而如果天氣不良,雷射會因為雲層的厚度而阻擋傳播,該如何解決這項問題呢?

為了克服天氣的難關,許多研究目前是利用在地面上建設更多雷射的收發站,這樣的好處是可以依照天氣的狀況,選擇傳輸訊息的地點,但這樣的方式治標不治本,仍舊受到天氣變化的限制。研究團隊則想利用雷射直接穿透雲層解決天氣的問題,因此設計了一款可將空氣加熱至1500℃以上的雷射發射裝置,產生強烈的衝擊波,從雲層的側面排除懸浮的小水滴,這個方法可以在雲層形成一個寬數公分的洞口。沃夫表示,只要能夠同時發射含有訊息的雷射光,便能將資訊傳遞至指定的地點。

目前這項技術正在人造的雲層上進行測試,實驗的人造雲厚度雖然只有50公分,但每立方公分的含水量比天然的雲層高出1萬倍;此外,即便雲層處於移動的狀態下,該裝置依然能夠穩定使用。沃夫表示,未來將會在厚度達1公里的天然雲層上進行測試,該技術在未來也可望成為雷射通訊商業化的重要標竿。研究人員表示,該技術預計於2025年會在全球實施應用,到時就算是氣候不佳、烏雲密布的國家也能使用。

新聞來源
Guillaume Schimmel et al., Free space laser telecommunication through fog, Optica, 2018.

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