Новое поколение высокопроизводительных лазеров усиливает навигацию в глубоком космосе

Глубокосмическая сеть связи NASA (DSN), своего рода GPS для космоса, опирается на атомные часы для экстремальной точности. Любая современная навигационная система должна точно измерять время радиосигналов для триангуляции локации. Но потребность в точности еще выше в космосе, где огромные расстояния могут усугублять даже крошечные ошибки.

Достижения Люте Малеки, бывшего исследователя лаборатории реактивного движения NASA (JPL) в Пасадене, и его коллег из JPL для космоса привели к некоторым из самых уточненных в мире лазеров и осцилляторов для приложений вроде коммуникаций, дальномеров для беспилотных авто и الناشющих областей вроде квантовых вычислений.

В 1980-х, работая над улучшением технологии атомных часов для DSN, Малеки основал ставшую известной как группа Quantum Sciences and Technologies JPL для разработки новых возможностей с использованием квантовой физики, управляющей элементарными частицами, такими как фотоны или вибрирующие атомы в часах. Команда разработала лучший, более доступный тип атомных часов и впервые передала сигналы атомных часов через волоконно-оптические кабели к антеннам почти в 20 милях.

В начале 1990-х Малеки и другой член его лаборатории в итоге изобрели новый тип осциллятора. «У него была проблема стабильности, которую он не мог решить, и я сказал ему превратить её в осциллятор для решения, и мы изобрели оптоэлектронный осциллятор», — сказал Малеки.

Осцилляторы критичны не только для хронометрии, но и для коммуникаций, где они позволяют двум или более устройствам согласовать точную частоту для отправки и приема информации. Пока все предыдущие осцилляторы использовали электрический ток для генерации вибрации, этот использовал лазерный свет. Оптоэлектронный осциллятор с тех пор стал критичным для нескольких приложений: радар, космическая инженерия, беспроводные коммуникации.

Для обеспечения постоянной частоты осциллятору нужен резонатор. Тогда это обычно было оптическое волокно, способное нести выходной сигнал на хорошее расстояние — идеально милю или так — и циркулировать его обратно, позволяя системе отслеживать свою выходную частоту и отменять шум, объяснил Малеки. Это делало систему громоздкой.

Это привело ко второму фундаментальному изобретению: использование оптического резонатора режима шепчущей галереи (whispering gallery mode). Тогда NASA мало в нем нуждалась, но Малеки был уверен, что есть рынок.

Он основал OEwaves (OE — optoelectronic) в 1999 г. с ~30 патентами от работы его команды в NASA, лицензированными через Калифорнийский институт технологий, управляющий JPL.

Компании потребовалось время, чтобы найти опору в меняющемся технологическом ландшафте, но ее продукты, включая доступные полупроводниковые лазеры с самым низким шумом, нашли новые рынки в последние годы. Один — «умные структуры», концепция, существовавшая десятилетия, но начинающая внедряться на практике, особенно в Азии. Оптоволоконные датчики, встроенные в здания, мосты, железные дороги и другие структуры, могут чувствовать напряжение или деформацию, но это требует низкошумящих лазеров для раскрытия крошечных вариаций длины волны.

Малеки сказал, что также ждет роста спроса в рынках сотовых и коммуникаций, по мере их перехода к более высоким частотам, несущим информацию эффективнее, но требующих экстремально высокой верности.

В 2014 г. OEwaves выделила компанию Strobe Inc. для разработки LiDAR-технологии для беспилотных авто. LiDAR-система использует отраженные лазерные сигналы для построения 3D-карты окружения, которую многие автономные автокомпании считают ключевой технологией. GM-дочерняя Cruise Automation приобрела Strobe в 2017 г.

Малеки сказал, что та же технология, начатая в JPL, позволила Strobe разрабатывать компактные, эффективные LiDAR-системы, способные быстро менять частоту — технику, называемую «chirping» — используя только резонатор. Chirping помогает измерять и расстояние, и скорость окружающих объектов. И вся система может быть размещена на фотонной интегрированной схеме, дальше снижая затраты.

Несколько университетов и компаний также покупают лазерные компоненты для исследований будущих квантовых устройств для коммуникаций, вычислений и других приложений.

Для получения информации посетите ссылку .