Bir üniversite kampüsünde ateşlenen lazer ışını, telekomünikasyonun en eski sorunlarından birini çözmüş olabilir.
Wits Üniversitesi (Güney Afrika) ve Bordeaux Üniversitesi (Fransa) araştırmacıları, atmosferik bozulmaları düzeltmek için karmaşık sistemlere ihtiyaç duymadan açık havada optik veri iletmeyi sağlayan bir yöntem gösterdi.
Açık havada veri göndermek her zaman karmaşık bir iş olmuştur. Dünya’nın atmosferi kaotiktir. Girdaplar oluşturan sıcak ve soğuk hava cepleri ışık sinyallerini büküyor, dağıtıyor ve bozuyor. Bu nedenle parçalanan veriyi yeniden oluşturmak için çoğu zaman yüksek hesaplama gücüne ve pahalı adaptif optik sistemlere ihtiyaç duyuluyor.
Şimdi dünyada bir ilk olan bu lazer deneyi, bozulmayı tamamen görmezden gelebileceğimizi gösteriyor.
Ekip, türbülanslı açık havada veriyi bütünlüğü hiç bozulmadan başarıyla iletti. Her şey topolojiye dayanıyordu.
Çalışmada, “Işığın bu parçacık benzeri topolojilerini 270 metrelik bir serbest uzay optik bağlantısı üzerinden oluşturup ilettik; çok çeşitli koşullarda ve türbülans şiddetlerinde ne kadar dayanıklı olduklarını ortaya koyduk.” ifadesine yer verildi.
Kahve Kupası Benzetmesi
Topoloji, bir nesne esnetildiğinde, büküldüğünde veya sıkıştırıldığında bile sabit kalan özellikleri inceleyen bir matematik dalıdır.
Wits Fizik Okulu Yapılandırılmış Işık Laboratuvarı Başkanı Prof. Andrew Forbes, “Faydalarını açıklamak için bunu bir kahve fincanının çörek (donut) şekline dönüştürülmesine benzetebiliriz.” dedi.
Forbes şunları ekledi: “Çok farklı şekillere sahip olmalarına rağmen her ikisinin de tek bir deliği vardır. Bu temel özelliği değiştirmeden onları esnetebilir veya biçimlerini bozabilirsiniz. Aynı şekilde, ışık ışını ağır şekilde bozulsa bile topolojik bilgisi değişmeden kalabilir.”
Ekip bu kavramı ışığa uygulayarak bilgiyi “skyrmion” adı verilen egzotik, parçacık benzeri manyetik yapılara kodladı. Veriyi ışığın doğrudan parlaklığına veya rengine dayandırmak yerine topolojik profiline kodlamak, ona görünmez bir zırh katmanı kazandırıyor.
Teoriyi test etmek için skyrmion ile kodlanmış lazer ışınları, Johannesburg’daki Wits West Campus’te (Batı Kampüsü) bulunan iki bina arasında yüzlerce metre boyunca ateşlendi. Işık, gerçek dünyadaki ısı, rüzgar ve atmosferik gürültüyle karşılaştı.
Işık alıcıya ulaştığında ışının şekli tamamen bozulmuş durumdaydı ancak şaşırtıcı bir şekilde, temeldeki topolojik veri tamamen sağlam kaldı.
Sonuç olarak veri, çoğu koşulda %98‘in üzerinde bir doğrulukla açık havada iletildi; aşırı türbülans altında bile bu oran yalnızca %86‘ya düşüyor.
Lazerin Uzay Görevlerindeki En İyi Kullanım Alanı
Fiber optik kablolar, ışığın rengini, yoğunluğunu ve polarizasyonunu dış etkenlerden koruyarak ışık sinyallerini güvence altına alıyor. Buna karşılık açık havada herhangi bir yönlendirme olmadan gönderilen ışık, atmosferik türbülans gibi çevresel bozulmalara çok daha açık kalıyor.
Bugüne kadar serbest uzay optik (FSO) iletişim sistemleri, atmosferin yol açtığı hasarı düzeltmek için sürekli ve gerçek zamanlı yeniden hesaplamalara ihtiyaç duyuyordu. Alıcıların bozulmayı ölçmesi ve temiz bir sinyal okuyabilmek için donanım üzerinden dinamik düzeltmeler yapması gerekiyordu.
Yeni yaklaşımda ise topoloji bu bozulmaya rağmen korunuyor. Böylece alıcı, ışık demetini önce düzeltmek zorunda kalmadan kodlanmış veriyi doğrudan okuyabiliyor.
Teknoloji ölçeklenebilirse kullanım alanı oldukça geniş olabilir. Kapsamlı düzeltme donanımlarına duyulan ihtiyacın ortadan kalkması, uzun mesafeli optik ağların enerji ve hesaplama gereksinimlerini azaltabilir.
Bu gelişme özellikle derin uzay görevleri, yüksek hızlı uydu veri bağlantıları ve kuantum kriptografisi için faydalı olabilir. Dünya’da ise kilometrelerce pahalı fiber optik kablo döşemeden dijital uçurumu kapatmaya yardımcı olabilir. Teknoloji yakın gelecekte kırsal ve izole topluluklara, gökyüzünden doğrudan iletilen uygun maliyetli ve yüksek hızlı internet sağlayabilir.
Araştırmanın bulguları Science Advances dergisinde yayımlandı.
Kaynak: https://interestingengineering.com/innovation/world-first-experiment-light-signals-chaotic-air
