В Китае разработали лазерную систему передачи данных на расстояние более километра
Китайские ученые заявили о создании фотонной системы на основе лазеров, которая в будущем может стать основой для «умных» сетей связи шестого поколения. Исследователи продемонстрировали систему, изготовленную из простого в производстве керамического материала, способную передавать информацию на большие расстояния при помощи белого света. По словам авторов работы, разработка представляет собой важный шаг на пути к созданию сетей 6G нового поколения с поддержкой искусственного интеллекта.
Современные системы связи на основе технологии 5G работают подобно скоростным магистралям, по которым информация передается с высокой скоростью, обеспечивая быстрый обмен данными. Однако будущие сети 6G должны вывести возможности беспроводной связи на совершенно иной уровень. Ожидается, что встроенные в смартфоны, городскую инфраструктуру и даже уличные фонари сети шестого поколения смогут не только передавать данные в десятки раз быстрее, но и «видеть», «слышать» и «думать», распознавая людей, объекты и даже их малейшие движения. Благодаря интеграции со спутниками на низкой околоземной орбите такие сети смогут обеспечивать высокоскоростное покрытие в труднодоступных районах, включая пустыни, океаны и горные территории.
Авторы исследования отмечают, что традиционные системы передачи данных при помощи видимого света, основанные на светодиодах, обычно работают лишь на расстоянии нескольких метров. Новая фотонная система сумела передать данные на дистанцию до 1,2 километра. Это стало одним из первых прямых экспериментальных подтверждений возможности практического применения технологий 6G.
Исследователи объясняют, что разработанная ими фотонная система использует лазеры для генерации высококачественного белого света, способного переносить большие объемы данных на значительные расстояния. Именно сочетание высокой яркости и эффективности делает эту технологию одной из наиболее перспективных в области лазерного освещения и беспроводной передачи информации.
Один из авторов исследования, Чжиго Ся из Южно-Китайского технологического университета в Гуанчжоу, заявил, что достигнутый результат стал рекордом, превосходящим возможности традиционных технологий. По его словам, работа также предоставляет убедительные экспериментальные доказательства того, что лазерное освещение может использоваться в таких сферах, как логистика с применением беспилотников и низковысотный воздушный транспорт.
При этом исследователи признают, что у технологии пока остаются ограничения. Фотонная система в основном излучает свет в желтом диапазоне длин волн от 500 до 650 нанометров и практически не содержит красных компонентов. Это ограничивает применение системы там, где требуется очень высокий индекс цветопередачи — параметр, определяющий, насколько естественно выглядят цвета объектов по сравнению с солнечным светом. Кроме того, скорость работы системы пока значительно уступает оптоволоконным линиям связи.
Для дальнейшего развития технологии ученые планируют изучить новые светящиеся материалы с более коротким временем флуоресценции и настраиваемой шириной спектра излучения. Это позволит дополнительно увеличить скорость передачи данных. Исследователи также намерены объединить лазерную систему с радиочастотными технологиями, чтобы связь сохранялась даже при неблагоприятных погодных условиях.
По словам Чжиго Ся, системы адаптации соединений на основе искусственного интеллекта смогут динамически регулировать скорость передачи данных и мощность оптического сигнала. В перспективе это позволит создать полностью интегрированную, высоконадежную сеть 6G с непрерывным покрытием в космосе, воздухе и на земле.
Ученые напоминают, что разработка технологий шестого поколения долгое время сталкивалась с серьезными трудностями. Среди них — необходимость создания сверхплотных базовых станций, высокие затраты на инфраструктуру и энергопотребление, а также сложности объединения высокоэффективных световых материалов и сверхскоростных фотодетекторов в компактные и дешевые устройства, пригодные для массового производства.
Чтобы преодолеть эти ограничения, команда Ся создала новую фотонную систему на основе лазеров и специальной керамики. В говорится, что ученые разработали простой метод производства квазипрозрачной керамики пластинчатого типа при помощи ступенчатого процесса стеклокристаллизации в алюмосиликатных стеклах состава Lu2O3–CaO–MgO–Al2O3–SiO2. Используя комбинацию экспериментов и компьютерного моделирования, исследователи показали, что уплотненная кристаллизация возникает благодаря специально спроектированным энергетическим барьерам кристаллизации и активации каналов миграции ионов внутри аморфной стеклянной сети LCMAS:Ce.