Kablosuz iletişimi hızlandırmaya ve güvenli hale getirmeye yardımcı olan ‘Optik Eşleştirme’

Tarihin en büyük çiftleri, güçlerini inkar edilemeyecek kadar güçlü kılmak için iletişime güveniyor. Ancak bu sadece insanlar için geçerli değil, aynı zamanda lazerler için de geçerli. Yakın zamanda Nature Photonics'te yayınlanan USC Viterbi Mühendislik Okulu'nun yeni araştırmasına göre, iki lazeri bir tür “optik çift” olarak bir araya getirmek, kablosuz iletişimi her zamankinden daha hızlı ve daha güvenli hale getirmeyi vaat ediyor. Ama araştırmaya geçmeden önce, biraz temel bilgiler:

Lazer tabanlı iletişimlerin çoğu -yüksek hızlı internet gibi şeyler için yaygın olarak kullanılan fiber optik düşünülebilir- bir kablo üzerinden hareket eden bir lazer ışını şeklinde iletilir. Optik iletişim son derece hızlıdır ancak fiziksel kablolardan geçmesi gerektiği gerçeği ile sınırlıdır. Lazerlerin yüksek kapasiteli yeteneklerini uçaklar, insansız hava araçları, denizaltılar ve uydular gibi bağlı olmayan ve gezici uygulamalara getirmek gerçekten heyecan verici ve potansiyel olarak oyunun kurallarını değiştiriyor.

USC Viterbi araştırmacıları, Free Space Optical Communication (FSOC) adı verilen iletişime odaklanarak bizi bu başarıya bir adım daha yaklaştırdı. Bu küçük bir başarı değil ve araştırmacıların bir süredir üzerinde çalıştığı bir meydan okuma. Önemli bir barikat, "atmosferik türbülans" olarak adlandırılan bir şeydi.

Bilgi taşıyan tek bir optik lazer ışını havada seyahat ederken tıpkı bir uçağın yaptığı gibi doğal türbülans yaşar. Çevresindeki atmosferdeki rüzgar ve sıcaklık değişimleri, ışının daha az kararlı olmasına neden olur. Bu türbülansın kontrol edilememesi, FSOC'nin radyo ve optik fiber sistemlere benzer performansta ilerlemesini engelleyen şeydir. Çoğu kablosuz iletişim için bizi daha yavaş eski radyo dalgalarıyla baş başa bırakıyor.

Araştırmanın baş yazarı ve USC Viterbi'nin Ming Hsieh Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Bölümü'ndeki Optik İletişim Laboratuvarında doktora öğrencisi olan Runzhou Zhang, "FSOC bir süredir ortalardayken, atmosferik türbülanstan etkilenen bir optik ışından bilgileri verimli bir şekilde kurtarmak temel bir zorluktu," dedi.

Araştırmacılar, ilk ortak olarak hareket eden ikinci bir lazer ışını ("pilot" ışını olarak adlandırılır) göndererek bu sorunu çözmek için bir ilerleme kaydettiler. Bir çift olarak seyahat ederken, iki ışın aynı havadan gönderilir, aynı türbülansı yaşar ve aynı bozulmaya sahiptir. Yalnızca bir ışın gönderilirse, alıcı verilerin kodunu çözmeden önce ışının yol boyunca yaşadığı tüm bozulmayı hesaplamalıdır. Bu, sistemin performansını ciddi şekilde sınırlar. Ancak, pilot ışın orijinal ışın boyunca hareket ettiğinde, distorsiyon otomatik olarak ortadan kaldırılır. Bu ışındaki bilgi hedefine net ve anlaşılması kolay bir şekilde ulaşır.

Mühendislik açısından bakıldığında, bu başarı küçük bir başarı değildir. Makalenin ekip lideri ve USC Viterbi elektrik ve bilgisayar mühendisliği profesörü Alan Willner, "Çoğu kablosuz iletişim için mevcut en iyi seçeneğimiz olan radyo dalgalarıyla ilgili sorun, veri hızının çok daha yavaş ve optik iletişimden çok daha az güvenli olmasıdır. Yeni yaklaşımımızla, yüksek kapasiteli optik bağlantılarda türbülansı azaltmaya bir adım daha yaklaştık." dedi.

Belki de en etkileyici olanı, araştırmacıların bu sorunu yeni bir cihaz veya malzeme ile çözmemeleri. Sadece fiziğe baktılar ve bakış açılarını değiştirdiler. "Genellikle ışığın yoğunluğunu tespit etmek için kullanılan, iyi bilinen bir fotoğraf dedektörü adı verilen cihazın temel fiziğini kullandık ve lazer iletişim sistemlerinde türbülans sorununu çözmeye yönelik bir ilerleme sağlamak için yeni bir şekilde kullanılabileceğini fark ettik." dedi Zhang.

Bu yeni gerçekleştirilmiş fizik uygulamasıyla ekip, performansın nasıl daha da iyi hale getirileceğini keşfetmeye devam etmeyi planlıyor. Willner, "Yaklaşımımızın bir gün daha yüksek performanslı ve güvenli kablosuz bağlantılar sağlayacağını umuyoruz" dedi. Bu tür bağlantılar, yüksek çözünürlüklü görüntülemeden yüksek performanslı hesaplamaya kadar her şey için kullanılabilir.

 

Referans:

https://phys.org/news/2021-10-optical-pairing-wireless.html