對藝術(shù)家和浪漫主義者來說，星星的閃爍是視覺上的詩意；是一種遙遠(yuǎn)的光線在我們頭頂上方動蕩的空氣中扭曲和彎曲時發(fā)出的舞蹈。
并不是每個人都如此迷戀我們的大氣對光的扭曲。對于許多科學(xué)家和工程師來說，如果地球上空根本就沒有空氣，那么大量的研究和地對衛(wèi)星通信將變得容易得多。
失去我們星球的氣體保護(hù)氣泡并不是一個受歡迎的選擇。但是，澳大利亞和法國的研究人員已經(jīng)合作設(shè)計了下一個最好的東西——一個通過鏡子輕拂的風(fēng)流引導(dǎo)光線穿過暴風(fēng)雨的氣流的系統(tǒng)。
失去我們星球的保護(hù)性氣體泡沫并不是一個普遍的選擇。但是澳大利亞和法國的研究人員已經(jīng)合作設(shè)計出了下一個最好的東西——一個通過鏡子引導(dǎo)光線穿過洶涌氣流的系統(tǒng)。其結(jié)果是激光鏈路能夠在大氣層中保持其自身的穩(wěn)定性，其穩(wěn)定性達(dá)到前所未有的程度。
雖然天文學(xué)家有一些技巧可以用來糾正大氣對入射光的扭曲，但要將一束相干的光子從地面發(fā)射到一個遙遠(yuǎn)的接收器，使它們保持在同一個點上，這是一個挑戰(zhàn)。
通過數(shù)百公里的空中移動，保持傳輸在目標(biāo)上并保持一致——其相位保持整齊一致——將使我們能夠連接高精度的測量工具和通信系統(tǒng)。
衛(wèi)星可以更精確地探測礦石或評估地下水位；高速數(shù)據(jù)傳輸需要的功率更少，且包含更多的信息。
主要作者本·迪克斯·馬修斯是澳大利亞國際射電天文學(xué)研究中心的電氣工程師，他向澳洲科技新聞網(wǎng)（Sciencealert）解釋了這項技術(shù)。
“有源終端基本上使用一個小型的四像素攝像頭，用來測量接收到的光束的橫向移動。”迪克斯·馬修斯說，“然后，這個位置測量被用來主動控制一個可操縱的反射鏡，使接收到的光束保持在中心位置，并消除由大氣引起的側(cè)向運動。”
實際上，該系統(tǒng)可以用來補(bǔ)償三維空間中移動空氣的扭曲效應(yīng)——不只是上下或左右移動，而是沿著光束的軌跡移動，從而保持連桿的中心位置及其相位的有序。
到目前為止，它只在265米（約870英尺）的相對較短距離內(nèi)進(jìn)行了測試。在發(fā)射器和接收器之間的地下鋪設(shè)了大約715米（不到半英里）的光纜，用來傳輸光束進(jìn)行比較。結(jié)果非常穩(wěn)定，可以用來連接各種用于測試基礎(chǔ)物理的光學(xué)原子鐘，比如愛因斯坦的相對論。
隨著概念證明的演示，沒有理由認(rèn)為類似的技術(shù)有一天不會瞄準(zhǔn)天空，甚至更遠(yuǎn)。盡管有一些障礙需要首先克服。
“在這個實驗中，我們必須用與穩(wěn)定的紅外光束一致的可見光波導(dǎo)激光器，用手進(jìn)行初始對準(zhǔn)。”迪克斯·馬修斯在接受澳洲科技新聞網(wǎng)（Sciencealert）采訪時說，“在光學(xué)原子鐘之間建立連接時，最好有一種更容易實現(xiàn)這種粗對準(zhǔn)的方法。”
幸運的是，迪克斯·馬修斯的法國合作者正在研制一種能夠加速初始粗對準(zhǔn)過程的裝置，有望開發(fā)出無需如此復(fù)雜設(shè)置的第二代激光鏈路技術(shù)。
研究小組還發(fā)現(xiàn)，設(shè)備中的溫度變化影響了相位的穩(wěn)定性，將信號的持續(xù)時間限制在100秒左右。這個障礙也將是未來改進(jìn)的重點。
我們可能不需要等待很長時間，研究人員已經(jīng)在系統(tǒng)升級方面取得進(jìn)展。
“我們已經(jīng)開始使用高功率激光放大器，這將有助于我們應(yīng)對遠(yuǎn)距離（如太空）可能出現(xiàn)的更大功率損耗。”迪克斯·馬修斯說，“我們還完全重建了有源終端，使其對低接收功率更加敏感，更有效地抵消了接收波束的移動。”
隨著軌道技術(shù)迅速成為許多數(shù)據(jù)提供商的一個主要關(guān)注點，可能會用衛(wèi)星填滿我們的天空，使我們的大氣層中的通信系統(tǒng)連接起來的創(chuàng)新只會變得更受追捧。盡管我們的大氣層有助于我們所有人的生存，但埋在一層不安的熱氣之下肯定有一些不利因素。
這項研究發(fā)表在《自然通訊》上。
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