Cómo Funciona La Comunicación Con Láser

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Las comunicaciones con láser pueden ser una bendición para el espacio exterior y aquí en la tierra. Obtenga más información sobre las comunicaciones láser en WordsSideKick.com.

Cuando se inventaron los láseres, se los denominó una solución en busca de un problema. Todos pensaron que eran tan geniales como el condensado de Bose-Einstein, pero nadie sabía qué hacer con estos dispositivos que podían producir un haz de luz altamente enfocado.

Hoy en día, los láseres se han convertido en una de las tecnologías más importantes del mundo, utilizadas en industrias que van desde la tecnología de la información a las telecomunicaciones, la medicina, la electrónica de consumo, la aplicación de la ley, el equipamiento militar, el entretenimiento y la fabricación.

Desde los primeros días del desarrollo del láser, los investigadores se dieron cuenta de que la luz podía superar a la radio en términos de velocidad y densidad de la información. Se redujo a la física. Las longitudes de onda de la luz se empaquetan mucho más estrechamente que las ondas de sonido, y transmiten más información por segundo y con una señal más fuerte. Las comunicaciones con láser, una vez logradas, serían el tren bala al tren de vagones de la radio [fuentes: Hadhazy; Thomsen].

En cierto sentido, los láseres se han utilizado en las comunicaciones durante años. Transfiremos información a través de láser todos los días, ya sea leyendo CD y DVD, escaneando códigos de barras en las líneas de pago o tocando la red troncal de fibra óptica del teléfono o los servicios de Internet. Ahora está en el horizonte un enfoque más directo, uno que permitirá una comunicación punto a punto de alto rendimiento, a través de grandes distancias, a través del aire o el espacio, con poca pérdida de datos.

Ha sido un tiempo llegar hasta aquí. Ya en 1964, la NASA jugó con la idea de usar láseres para las comunicaciones de los aviones. La idea era convertir la voz de un piloto primero en pulsos eléctricos, luego en un haz de luz. Un receptor en el suelo entonces revertiría el proceso [fuente: Science News Letter]. En octubre de 2013, la NASA se dio cuenta y superó con creces esta visión cuando una nave que orbitaba la Luna envió datos a una estación terrestre a través de un rayo láser pulsado: 239,000 millas (384,600 kilómetros) de transmisión a una tasa de descargas inaudita de 622 megabits por segundo (Mbps) [fuente: NASA]. En comparación, los planes de datos de consumo de alta velocidad generalmente se miden en decenas de megabits.

Y alta velocidad, alta densidad es el nombre del juego. Durante la mayor parte de su historia, la NASA ha participado en audaces misiones de exploración que se verán obstaculizadas por el equivalente de velocidades de descarga de acceso telefónico. Con las comunicaciones láser, la agencia está entrando en la era de la alta velocidad, abriendo las puertas para, entre otras aplicaciones, transmisiones de video de alta calidad de futuros rovers.

La NASA no está sola. Los criptógrafos y los expertos en seguridad ven a los láseres como un sistema de entrega casi instantánea de vigas cerradas, mientras que la nueva generación de operadores de alta frecuencia en Wall Street está dispuesta a pagar grandes sumas de dinero por cualquier conectividad que pueda ahorrar milisegundos de sus tiempos comerciales. Los fabricantes de computadoras, al acercarse a los límites de lo que se puede lograr con el cobre y el silicio, también están investigando posibles aplicaciones de láser.

Cuando la velocidad lo es todo y la luz marca el límite de velocidad del universo, los láseres serán la respuesta, si la tecnología puede ser práctica.

La mejor cosa siguiente a estar allí

El objetivo de las tecnologías de comunicación es transmitir información de forma rápida, completa y precisa. Si alguna vez has cenado con un boor, entonces sabes cuánta información puede contener un muro de ruido; si alguna vez has jugado al teléfono del juego, has experimentado cómo se puede mutilar el significado cuando se transmite pobremente.

Históricamente, las comunicaciones de larga distancia han multiplicado estas dificultades. Transmisión: por tambor, hoguera, humo, bandera o luz, primero se requiere la traducción a un código necesariamente simple. Los cables telegráficos y el código Morse hicieron posible la transmisión compleja pero costosa, y de nuevo reforzaron la virtud de la brevedad.

La comunicación electrónica moderna requiere un dispositivo de envío que pueda codificar cualquier información en una forma transmisible y un receptor que pueda distinguir entre el mensaje (señal) y la línea estática (ruido) que lo rodea. Teoría de la información, un modelo matemático iniciado por el ingeniero estadounidense Claude Shannon en 1948, proporcionó el marco que finalmente resolvió este problema e hizo posible tecnologías como el teléfono celular, Internet y el módem [fuente: National Geographic].

En principio, los sistemas de comunicación láser se parecen a los módems que hemos usado en nuestros hogares desde el surgimiento de Internet. Módem significa MODulation-DEModulation, un proceso en el que la información digital se convierte en analógica para su transmisión y luego vuelve a aparecer. Los primeros módems acústicos utilizaban ondas de sonido para la transmisión a través de líneas telefónicas. Los módems ópticos se mueven del sonido a una parte de mayor frecuencia del espectro, la luz.

No es un concepto enteramente novedoso. Los dispositivos audiovisuales con audio óptico, como muchos reproductores de DVD, utilizan un dispositivo similar a un módem llamado módulo de transmisión para convertir las señales digitales a LED o luz láser, que luego viaja a lo largo del cable de fibra óptica a un componente de destino, como un televisor o un receptor de audio. Hay un módulo de recepción de luz convierte la luz de nuevo en una señal eléctrica digital adecuada para altavoces o auriculares.

Prueba de concepto de la NASA Demostración de comunicación láser lunar (LLCD), desarrollado por el Laboratorio Lincoln del MIT, utiliza un sistema similar, pero prescinde de la fibra en favor de la transmisión láser a través del aire y el espacio (a veces llamado comunicación óptica en el espacio libreo FOE). LLCD utiliza tres componentes:

  1. Un modem modem (MM)
  2. Un módulo óptico (OM), que envía y recibe rayos láser modulados a través de un telescopio de 4 pulgadas (10 centímetros)
  3. Un módulo de electrónica de control (CE) que une los dos primeros. La CE también vincula el LLCD con el orbitador, Lunar Atmosphere y Dust Environment Explorer (LADEE) de la NASA, y realiza tareas vitales como secuenciación, estabilización y comandos de retransmisión y telemetría [fuentes: Britannica; NASA; NASA].

Con el éxito del experimento, el futuro de las comunicaciones láser se volvió un poco más brillante, pero ¿existe un mercado para dicha tecnología fuera de la agencia espacial? Usted apuesta que hay.

La fibra óptica sigue siendo el rey

La fibra óptica, hecha práctica por primera vez por el físico británico Harold Hopkins en 1952, superó gradualmente el cable electrónico a medida que la tecnología se mejoraba con láseres ajustables con mayor precisión y fibra de mayor calidad. Hoy en día, es la tecnología de referencia para las comunicaciones, al menos hasta que la comunicación de FSO sea más eficiente y efectiva. La tecnología, que transmite datos mediante pulsos de luz rebotados a lo largo del cable de vidrio o plástico con reflexión interna, puede transportar más información por segundo, para distancias más largas y sin degradación, que los pulsos eléctricos a lo largo de los cables de cobre [fuente: National Geographic; Thomsen].

Aplicaciones de comunicación láser: del espacio exterior a Wall Street

Las comunicaciones con láser pueden ser una bendición para la exploración espacial, pero muchas más actividades terrenales determinarán su destino como tecnología comercial.

Tomemos, por ejemplo, la emergente generación de comerciantes de alta velocidad de Wall Street que aprovechan el poder del análisis cuantitativo, la velocidad de la banda ancha de primera calidad y una multiplicidad de microtransacciones para acumular ganancias de un centavo a la vez. Para una empresa basada en "robo-traders", los algoritmos informáticos que realizan transacciones de milisegundos de acuerdo con un conjunto de reglas, el tiempo de transmisión es dinero, y los láseres son el juego más rápido de la ciudad [fuentes: Adler; Noticias CBS; Strasburg].

Para aprovechar al máximo cada comercio, empresas como Spread Networks invirtieron en la mejor fibra disponible y redujeron todos los pliegues y curvas que pudieron de las mangueras de datos que conectan capitales comerciales como Chicago, Nueva York, Londres y Tokio (cada milla adicional se suma a ocho microsegundos a los datos de ida y vuelta). Cuando eso no fue lo suficientemente rápido, otros grupos, como McKay Brothers y Tradeworx, dejaron de lado las fibras ópticas en favor de las microondas emitidas por el aire. Aunque solo un paso por encima de la radio en términos de potencia y velocidad, las microondas viajan más rápido a través del aire que la luz a través de la fibra óptica [fuentes: Adler; Strasburg].

Los láseres potencialmente publicarían las velocidades más rápidas de todas; La velocidad de la luz a través del aire es casi tan rápida como en el vacío, y podría atravesar las 720 millas (1,160 kilómetros) que separan a Nueva York y Chicago en aproximadamente 3.9 milisegundos, un viaje de ida y vuelta (también conocido como latencia) de 7.8 milisegundos, en comparación con 13.0-14.5 milisegundos para los nuevos sistemas de fibra óptica y 8.5-9.0 milisegundos para los transmisores de microondas [fuente: Adler].

En el ámbito de la seguridad, los láseres y otros sistemas de comunicaciones ópticas ofrecen comunicaciones más seguras, y los medios para espiarlos. La criptografía cuántica se beneficia de una propiedad de la física cuántica, es decir, que un tercero no puede detectar el estado cuántico de la clave de encriptación fotónica sin alterarla y, por lo tanto, ser detectado, para establecer comunicaciones altamente seguras utilizando haces de fotones creados por láseres atenuados [fuentes: Grant; Waks et al.]. En el otoño de 2008, los investigadores en Viena comenzaron a experimentar con una Internet cuántica basada en parte en este principio [fuente: Castelvecchi]. Desafortunadamente, los láseres también se han utilizado para interceptar y falsificar dichas señales de forma no cuántica, evitando así la detección. Las compañías de encriptación cuántica están trabajando para solucionar el problema [fuentes: Dillow; Lydersen et al.].

De hecho, los principales inconvenientes de las comunicaciones láser dentro de la atmósfera tienen que ver con la interferencia causada por la lluvia, la niebla o los contaminantes, pero dadas las ventajas de la tecnología, es poco probable que estos problemas detengan el avance de la tecnología. Entonces, literal o figurativamente, el cielo es el límite para las tecnologías de comunicaciones láser.

1,001 usos para la comunicación láser

Las comunicaciones de datos de alta velocidad posibles entre redes son solo la punta del iceberg en cuanto a lo que es posible con las comunicaciones láser, muchas de las cuales se derivan de la falta de conexión física requerida. Las vigas pueden conectar chips de computadora dentro de las computadoras, cruzar tierras y carreteras sin requerir el derecho de paso o la propiedad, y ser erigidas como redes temporales durante batallas o en condiciones de desastre. Pueden proporcionar redundancia de red, conectar redes ópticas existentes o acercarnos a la infraestructura convergente de voz y datos, todo con alta velocidad, bajos índices de error e inmunidad a la interferencia electromagnética [fuentes: Carter y Muccio; Marcar].

Nota del autor: Cómo funciona la comunicación con láser

Las comunicaciones con láser son otro gran ejemplo de cómo vivimos en el futuro, pero siempre asociaré el concepto con un episodio del pasado. Durante la Guerra Fría, Léon Theremin, inventor del video entrelazado así como el instrumento eléctrico homónimo escuchado en decenas de películas de ciencia ficción, desarrolló un dispositivo de escucha basado en la luz capaz de interceptar remotamente una oficina (en realidad era una fuente de baja potencia). rayo infrarrojo, no un láser). Funcionó al detectar las vibraciones en un panel de vidrio causadas por la presión de sonido generada por las voces dentro de la sala de destino. Los soviéticos utilizaron este dispositivo, el antepasado de los modernos micrófonos láser, para espiar varias embajadas en Moscú.


Suplemento De Vídeo: Transmisor y receptor de sonido por luz laser para comunicacion punto a punto..




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