La lumière pourrait-elle être utilisée pour transmettre des informations entre les satellites et la Terre ? La vapeur d'eau atmosphérique diffuse et absorbe l'énergie lumineuse, mais surmonter cet obstacle, et la lumière transportera beaucoup plus d'informations et les déplacera plus rapidement que les ondes radio sur lesquelles nous comptons actuellement. Un nouveau projet de recherche, soutenu par l'Agence Nationale de l'Intelligence Géospatiale, propose d'utiliser les propriétés de la lumière elle-même pour tracer une voie pour les données à travers les nuages.

"Mon travail consiste à comprendre les constituants de la lumière et à les manipuler pour interagir avec la matière. Ces dernières années, nous avons vu plus de progrès dans l'utilisation de la lumière pour l'imagerie biomédicale et l'informatique quantique, mais les propriétés fondamentales de la manipulation de la lumière sont les mêmes, et la lumière peut être faite pour faire ce travail, " dit Moussa N'Gom, professeur adjoint de physique à l'Institut polytechnique Rensselaer.

Utiliser la lumière pour déplacer des données sans fil, connue sous le nom de communication optique en espace libre, est courant dans les applications qui n'ont besoin que de parcourir une courte distance, comme les télécommandes infrarouges. Mais la fiabilité, qualité, et la stabilité des données transmises par la lumière s'effondre lorsqu'elles sont utilisées sur une distance importante dans l'atmosphère terrestre. Tout comme la lumière du soleil réchauffe les nuages ​​et se réfracte en une lueur diffuse, les données qui voyagent sous forme de lumière sont dispersées et perdues parmi les gaz de l'atmosphère.

Dans son laboratoire, N'Gom manipule les trois composantes principales de la lumière :la polarisation, qui contrôle la direction du champ électrique de la lumière ; phase, qui modifie la façon dont la lumière interagit avec son environnement ; et l'amplitude des ondes lumineuses pour créer une lumière spécialisée avec des capacités inhabituelles. Il peut utiliser la lumière pour imager des tissus vivants, couper des matériaux durs avec précision, ou améliorer la communication optique.

Pour envoyer des données à travers l'atmosphère, N'Gom utilise un laser configuré pour générer une impulsion lumineuse si brève, intense, et uniforme qu'il va créer une minuscule sphère de plasma - un gaz surchauffé créé par l'interaction entre l'impulsion et la vapeur d'eau des nuages ​​- dans l'air le long du trajet de la lumière.

La sphère de plasma continue d'absorber l'énergie des impulsions supplémentaires, ce qui à son tour l'amène à recentrer et à rediriger les impulsions venant en sens inverse et à générer une sphère de plasma supplémentaire le long du trajet de la lumière. Ensuite, le cycle se répète.

Cet effet en cascade, résultant de l'interaction répétitive entre le train d'impulsions et le plasma, peut générer un filament laser aussi long que 100 mètres. Le long de ce filament, les sphères de plasma produisent une onde acoustique qui disperse la vapeur d'eau autour d'elle. Et dans le tunnel clair qui se forme autour du filament laser et de son enveloppe plasma, N'Gom peut fournir un deuxième flux de données en forme de donut qui voyage de l'espace à la Terre sans se dégrader.

Chaque impulsion ne dure que de l'ordre d'une femtoseconde, 10X-15 secondes, un temps incroyablement court pendant lequel la lumière parcourt environ 6 microns, ou la largeur d'un cheveu humain.

« Dans ce très, période de temps très courte, Je peux délivrer beaucoup d'énergie très rapidement, tout à la fois, " dit N'Gom. " Et ça brise l'atmosphère. C'est très bref, mais c'est tellement fort et focalisé à un moment donné, et tu en auras toute une ligne, créant un trou à travers les nuages ​​que nous pouvons utiliser pour envoyer des informations."

Bien que chaque impulsion soit composée de lumière dans le spectre visible - avec des longueurs d'onde comprises entre 400 et 800 nanomètres - et emballe une énorme quantité d'énergie pour sa durée, ils sont si courts que le système ne sera pas visible, ni nuire à la vie ou à l'environnement.

Le projet, "Free Space Optical Communication Through Dynamic Media" est pris en charge avec un contrat de 600 $ sur trois ans, 000 bourses.