Министерство обороны Великобритании представило видео первых полевых испытаний лазерного оружия DragonFire. Испытания прошли в январе этого года и стали «значительным шагом вперёд» по пути к высокоэнергетическому оружию. Лазерное оружие первого поколения не будет взято на вооружение. Оно послужит основой для создания второго поколения более мощных боевых лазеров.

Источник изображений: министерство обороны Великобритании

Испытания прототипа британского боевого лазера проекта DragonFire мощностью 50 кВт прошли на полигоне в Шотландии. Как и другие установки такого рода, мощный луч формируется спектральным сложением излучения от нескольких волоконно-оптических каналов от менее мощных твердотельных (полупроводниковых) лазеров. Испытания первого прототипа показали правильность выбранной стратегии и будут положены в основу второго поколения боевых лазеров, которые уже поступят на вооружение. Также стоит задача найти комплектующие для производства боевых лазеров в Великобритании. Сейчас комплектация закупается за рубежом.

Источник изображения: Crown Copyright

Представленное военными видео не даёт полного представления о возможностях системы. Показаны центр управления, работа лазера на стенде и поражение цели на полигоне на открытой местности. Отдельно представлена фотография поражённого лазером миномётного снаряда, но не уточняется, его поразили в воздухе, или на неподвижном стенде (скорее всего — второе). Кроме того, представлен цифровой видеоролик работы установки DragonFire на боевом корабле по уничтожению воздушных беспилотников и малых плавсредств.

Использование боевых лазеров позволит существенно сэкономить на боекомплекте. При наличии стабильного источника питания каждый 10-секундный выстрел будет обходиться примерно в $13. Цель будет поражаться буквально со скоростью света. Система прицеливания позволит поражать 23-мм монету на расстоянии 1 км.

Американские учёные только что прорубили окно в новую область экспериментальной физики. Они смогли получить энергетический образ движения электрона вокруг атома водорода в капле воды ещё до того, как атом пришёл в движение. До сих пор у учёных не было инструментов для подобной детализации процессов в веществе, что раскроет больше деталей о физике и химии многих процессов и, особенно, о радиационном воздействии на живые клетки.

Источник изображений: PNNL

В эксперименте, отдалённо похожем на съёмку замедленного видео, учёные выделили энергетическое движение электрона, одновременно «заморозив» движение гораздо более крупного атома, вокруг которого вращался целевой электрон, сделав это в образце обычной жидкой воды. О своей работе учёные сообщили в статье в журнале Science. Работа в основном была направлена на изучение высокоэнергетического излучения на живые клетки, что нужно для космоса, радиотерапии опухолей и не только.

«Химические реакции, вызванные излучением, которые мы хотим изучить, являются результатом электронного отклика мишени, который происходит в аттосекундном масштабе времени», — пояснила Линда Янг (Linda Young), старший автор работы и заслуженный научный сотрудник Аргоннской национальной лаборатории. — До сих пор радиохимики могли определять события только в пикосекундном масштабе времени, что в миллион раз медленнее, чем аттосекунда. Это всё равно, что сказать "я родился, а потом умер". Вы хотели бы знать, что происходит в промежутке? Это то, что мы сейчас можем сделать».

Чтобы добиться результата, межведомственная группа учёных из нескольких национальных лабораторий Министерства энергетики США, а также университетов США и Германии объединила эксперименты и теорию, чтобы в режиме реального времени выявить последствия воздействия ионизирующего излучения от источника рентгеновского излучения на вещество. Исследование проводилось при поддержке Центра пограничных энергетических исследований межфазной динамики в радиоактивных средах и материалах (IDREAM), с финансовой поддержкой Министерства энергетики США в штаб-квартире в Тихоокеанской Северо-Западной национальной лаборатории (PNNL).

Не секрет, что субатомные частицы, например, электроны, движутся так быстро, что для фиксации их действий требуется датчик, способный измерять время в аттосекундах. Это настолько быстро (или мало), что в каждой секунде, например, больше аттосекунд, чем прошло секунд за всю историю Вселенной.

Проведённое авторами исследование опирается на открытие и создание аттосекундных рентгеновских лазеров на свободных электронах, за что в прошлом году, в частности, была присуждена Нобелевская премия по физике. В Национальной ускорительной лаборатории SLAC есть источник такого света (LCLS), чем воспользовались экспериментаторы.

Экспериментальная установка, создающая тончайшую плёнку воды шириной около 1 см

В качестве тестового образца для эксперимента была выбрана обычная жидкая вода. Первый аттосекундный импульс возбуждал электроны, а второй измерял отклик. Это позволило отреагировать датчикам настолько быстро, что возбуждённое состояние электрона проявило себя ещё до того, как атом водорода в молекуле пришёл в движение. Раньше в процессе подобного наблюдения с помощью импульсов большей длительности картина была настолько смазанной, что учёные предполагали существование ряда промежуточных состояний. Аттосекундный лазер показал, что промежуточных состояний нет — это всё миражи или помехи.

«Теперь у нас есть инструмент, с помощью которого, в принципе, вы можете следить за движением электронов и видеть только что ионизированные молекулы по мере их образования в режиме реального времени», — резюмировали достижение авторы исследования.

Учёные из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) вместе коллегами из Токийского технологического института обнаружили удивительное явление. Кратковременное воздействие фемтосекундным лазером на теллуритовое стекло превращало его в полупроводник, чувствительный к свету. Тем самым можно производить фоточувствительные стёкла без каких-либо дополнительных материалов и усилий, что учёные в шутку сравнили с алхимией.

Источник изображения: EPFL

«Это фантастика, мы на месте превращаем стекло в полупроводник с помощью света, — сказал один из авторов исследования Ив Беллуар (Yves Bellouard). — По сути, мы превращаем материалы во что-то другое, возможно, приближаясь к мечте алхимика».

Учёных заинтересовало поведение атомов в теллуритовом стекле (TeO₂) при воздействии на него сверхбыстрых импульсов высокоэнергетического лазерного излучения. Они обнаружили, что лазер в месте падения луча создаёт в толще стекла крошечные кристаллы полупроводниковых материалов теллура и оксида теллура. Это означает, что обработанные таким образом участки могут вырабатывать электричество под воздействием дневного света.

«Интересный поворот в этой технологии заключается в том, что в процессе не требуется никаких дополнительных материалов. Всё, что вам нужно — это теллуритовое стекло и фемтосекундный лазер для создания активного фотопроводящего материала», — добавил учёный.

В ходе эксперимента на полученный из Японии 1-см диск теллуритового стекла лазером был нанесён штриховой рисунок. Под воздействием света от ультрафиолетового и до видимого диапазона обработанный участок вырабатывал электрический ток, оставаясь месяцами стабильно работающим. Точно также на стекле можно создавать светочувствительные датчики и другие полупроводниковые схемы, используя для этого только источник лазерного света.

Рисунок можно наносить на месте на уже установленное стекло, превращая его в умное с необходимой функциональностью. Правда, обычные оконные стёкла для этого не подходят. Но если технологию подхватят производители, то это может привести к революции в архитектуре.

Лазерный луч можно использовать не только для передачи данных в космосе и для поражения целей. Его энергии хватит, чтобы зарядить аккумуляторы небольших спутников, рои которых обещают появиться на орбите. Солнечные батареи нецелесообразно использовать для их питания, а направленный энергетический луч — вполне.

Источник изображения: WiPTherm

Четыре года назад в Европейском союзе создали консорциум по разработке системы беспроводного питания наноспутников. В него вошли пять организаций: португальский Институт физики перспективных материалов, нанотехнологий и фотоники (IFIMUP), факультет естественных наук Университета Порту, также португальский Центр нанотехнологий и интеллектуальных материалов (CeNTI), Европейский центр исследований и разработок, базирующийся в Португалии, Институт системной и компьютерной инженерии, технологий и науки (INESC TEC), а также Университет Лиможа (Франция) и Университет Виго (Испания).

Консорциум начал работать над проектом Innovative Wireless Power Devices Using Micro-Thermoelectric Generators Arrays (WiPTherm). Основной целью проекта WiPTherm было создание инновационной системы беспроводной передачи энергии, которая могла бы заряжать компоненты накопителей энергии на спутниках микро- и наноразмеров. Интересно отметить, что выбор был сделан в пользу термоэлектрических, а не фотоэлектрических приёмных систем.

Группа разработала приёмник и оптическую систему с использованием массива линз и 27 термоэлектрическими датчиками. В качестве передатчика энергии был взят за основу 1550-нм лазер, обычно использующийся для оптоволокна. Согласно целям проекта, группа должна была создать 40-Вт источник энергии с далёкой перспективой добиться передачи по лучу 1 кВт энергии.

Недавняя демонстрация технологии на авиабазе Сан-Хасинту в Авейру (Португалия) подтвердила жизнеспособность разработки, хотя мощность луча на выходе достигла всего 20 Вт. Попав на датчики, лазер создал перепад температуры, и это привело к протеканию электрического тока в системе приёмника. С учётом перспектив обуздания излучения мощностью до 1 кВт крепнет ощущение, что это технология двойного назначения. Для наземных и даже воздушных целей она не будет представлять опасности, но для объектов на орбите может создавать угрозу.

С точки зрения питания микроспутников по лазерному лучу идея достаточно здравая. Один большой корабль на высокой орбите, где Земля никогда не заслоняет Солнце, способен будет питать десятки, сотни и, скорее всего, тысячи мелких аппаратов, поддерживая работу их систем и даже питая электрорактные ионные двигатели.

Великобритания провела первые боевые испытания лазерного оружия с высокой мощностью против воздушной цели. Предполагается, что проведённые стрельбы откроют путь к созданию недорогой альтернативы ракетам ПВО для уничтожения таких целей, как военные беспилотники.

Источник изображений: министерство обороны Великобритании

Во время испытаний на Гебридских островах лазерная установка DragonFire уничтожила приближающиеся беспилотники с расстояния в несколько миль, что, по мнению экспертов, стало важной вехой для британских военных, сообщает The Times. Испытания прошли на полигоне в Шотландии, и британское министерство обороны «важным шагом» на пути к принятию технологии на вооружение. Министр обороны Грант Шаппс (Grant Shapps) заявил, что технология может снизить «зависимость от дорогостоящих боеприпасов, а также уменьшить риск сопутствующего ущерба».

По словам представителей министерства обороны Великобритании, лазерное оружие DragonFire достаточно точно, чтобы поразить монету в 1 британский фунт с расстояния в километр. Диаметр данной монеты составляет всего 23 мм.

Также было отмечено, что как британская армия, так и флот рассматривают возможность использования лазерного оружия в своих перспективных системах противовоздушной обороны (ПВО). Заметим, что Великобритания станет не первой страной, которая использует лазеры в качестве оружия — ВМС США уже установили лазерные системы ПВО от Lockheed Martin на нескольких кораблях.

Заметим, что главным средством ПВО сейчас являются ракеты. Причём применяемые в таких системах боеприпасы могут быть гораздо дороже уничтожаемых ими беспилотников: некоторые из таких ракет стоят миллионы долларов, тогда как беспилотник может стоить лишь несколько тысяч.

По данным минобороны Великобритании, 10-секундная стрельба из системы DragonFire по стоимости эквивалентна использованию обычного бытового обогревателя в течение часа. Также было отмечено, что стоимость эксплуатации системы обычно не превышает 10 британских фунтов ($12,7 или 1130 рублей) за выстрел.

Лазерное оружие, которое официально называется «энергетическое оружие с лазерным наведением» (LDEW) использует мощный световой луч для поражения цели и может наносить удары в буквальном смысле со скоростью света.

Дальность действия системы DragonFire засекречена, но это оружие прямой видимости, то есть оно может атаковать любую видимую цель в пределах досягаемости. Система разрабатывается Лаборатории оборонной науки и техники (Defence Science and Technology Laboratory — DSTL) совместно с промышленными партнерами по заказу минобороны Великобритании.

Руководитель DSTL доктор Пол Холлинсхед (Paul Hollinshead) сказал: «Благодаря этим испытаниям мы сделали огромный шаг вперед в реализации потенциальных возможностей и понимании угроз, которые несет в себе оружие направленной энергии». Также было отмечено, что оружейная система DragonFire — результат совместных инвестиций минобороны и промышленности Великобритании в размере 100 миллионов фунтов стерлингов.

Учёные из бельгийского исследовательского центра Imec создали настолько яркие светодиоды из перовскита (PeLED), что они оказались в тысячу раз мощнее светодиодов из органических материалов. Спонсируемая структурами Европейского союза разработка обещает приблизить появление нового типа полупроводниковых лазеров на PeLED, что подтолкнёт развитие проекционных и зондирующих систем в жизни, медицине и промышленности.

Прототип сверхъяркого светодиода из перовскита на сапфировой подложке. Источник изображения: Imec

Перовскиты — особые соединения полупроводниковых материалов — уже зарекомендовали себя в сфере фотовольтаики. Они позволяют создавать элементы на гибкой подложке, поддерживают высокую мобильность электронов и обещают быть недорогими при производстве. Также они рассматриваются как кандидаты в светодиоды. Именно по этому пути пошли учёные из Imec, когда начинали проект ULTRA-LUX.

Главная задача, которая стояла перед учёными, заключалась в обеспечении подвода тока беспрецедентной плотности на малом участке подложки. Исследователи смогли найти решение в виде чередования прозрачных и непрозрачных слоёв металлизации на сапфировой подложке. Достигнутая на прототипе светодиода PeLED плотность тока составила 3000 А/см².

Старший научный сотрудник Imec и главный исследователь проекта профессор Пол Хереманс (Paul Heremans) пояснил: «Эта новая архитектура транспортных слоёв, прозрачных электродов и перовскита в качестве полупроводникового активного материала может работать при плотности электрического тока в десятки тысяч раз выше (3 кА/см²), чем у обычных OLED».

Целью исследователей не является разработка сверхъярких экранов для смартфонов или другой электроники. Они ищут путь к созданию полупроводниковых лазеров на основе перовскита, и проделанная работа подводит их к этому.

«В проекте ULTRA-LUX Imec впервые продемонстрировала архитектуру PeLED с низкими оптическими потерями и накачала эти PeLED до плотности тока, которая поддерживает стимулированное излучение света», — говорят учёные. Это уже шаг в область создания тонкоплёночных инжекционных полупроводниковых лазеров из перовскита, что становится ключевой вехой на пути к созданию лазера для покорения новых высот в проецировании изображений, зондировании окружающей среды, медицинской диагностике и за её пределами.

NASA сообщило, что впервые из глубокого космоса по лазерному лучу передано видео в высоком разрешении. Дальность передачи в 80 раз превысила расстояние между Землёй и Луной и составила 31 млн км. Скорость передачи оказалась заметно выше пропускных интернет-каналов на Земле. Видео по лучу загрузилось быстрее, чем его смогли получить в центре управления за несколько сот километров от приёмника.

Источник изображения: NASA

Короткая 15-секундная трансляция была заготовлена заранее. Экспериментальная лазерная установка связи не будет передавать на Землю какие-либо данные с научных приборов станции «Психея» (Psyche). Видео высокого разрешения с котом одного из инженеров проекта было стилизовано под «космический» интерфейс с имитацией жизненных показателей кота по кличке Тейтерс, орбитальных траекторий станции и планет и другими фишками.

Максимальная скорость передачи данных по нисходящему каналу достигала 267 Мбит/с, а минимальная — 62,5 Мбит/с. Закодированный в лазерном луче сигнал принимался установкой, смонтированной на телескопе Паломарской обсерватории Калифорнийского технологического института в округе Сан-Диего, Калифорния. До Земли сигнал путешествовал в космосе 101 секунду. На передачу видео в центр NASA в Южной Калифорнии потребовалось больше времени, чем сигнал шёл в открытом пространстве.

Первый раз станция «Психея» установила лазерную связь с Землёй 14 ноября. Тогда она и центр управления обменялись техническими сигналами на расстоянии 16 млн км. А 11 декабря со станции на Землю впервые по лазерному каналу передали потоковое видео с максимальной скоростью передачи. Это было в 10–100 раз быстрее, чем если бы работать по радиоканалам. Возможность передавать данные с большей скоростью будет востребована во время путешествий к Марсу и дальше. Станция «Психея» как раз во время выполнения своей основной миссии в главном поясе астероидов между Марсом и Юпитером испытает лазерную связь на самом дальнем удалении Земли от Марса.

Во время тестовой передачи команда NASA смогла загрузить по лазерному каналу в общей сложности 1,3 Тбит данных. Для сравнения, миссия NASA «Магеллан» к Венере в течение всей своей программы с 1990 по 1994 год передала 1,2 Тбит информации.

Учёные из Техасского университета в Остине создали «Усовершенствованный лазерный ускоритель кильватерного поля», который имеет очень компактные размеры, но при этом генерирует высокоэнергетический пучок электронов — до 10 ГэВ или 10 миллиардов электрон-вольт. Это настоящий прорыв в области ускорителей частиц.

Источник изображения: Bjorn «Manuel» Hegelich

Учёные продолжают изучать возможности применения этой технологии, включая потенциал ускорителей частиц в полупроводниковой технологии, медицинской визуализации и терапии, исследованиях в области материалов, энергетики и медицины.

Недавно группа учёных разработала компактный ускоритель частиц, получивший название «усовершенствованный лазерный ускоритель кильватерного поля». Устройство при длине менее 20 метров генерирует электронный пучок с энергией 10 миллиардов электрон-вольт, утверждается в заявлении Техасского университета в Остине. Сам лазер работает в 10-сантиметровой камере, что значительно меньше традиционных ускорителей частиц, которым требуются километры пространства.

Работа ускорителя опирается на инновационный механизм, в котором вспомогательный лазер воздействует на гелий. Газ подвергается нагреву до тех пор, пока не переходит в плазму, которая, в свою очередь, порождает волны. Эти волны обладают способностью перемещать электроны с высокой скоростью и энергией, формируя высокоэнергетический электронный луч. Таким образом получается уместить ускоритель в одном помещении, а не строить огромные системы километрового масштаба. Данный ускоритель был впервые описан ещё в 1979 году исследовательской группой из Техасского университета под руководством Бьорна «Мануэля» Хегелича (Bjorn «Manuel» Hegelich), физика и генерального директора TAU Systems. Однако недавно в конструкцию был внесен ключевой элемент: использование металлических наночастиц. Эти наночастицы вводятся в плазму и играют решающую роль в увеличении энергии электронов в плазменной волне. В результате электронный луч становится не только более мощным, но и более концентрированным и эффективным. Бьорн «Мануэль» Хегелич, ссылаясь на размер камеры, в которой был получен пучок, отметил: «Теперь мы можем достичь таких энергий на расстоянии в 10 сантиметров».

Исследователи использовали в своих экспериментах Техасский петаваттный лазер, самый мощный импульсный лазер в мире, который излучал сверхинтенсивный световой импульс каждый час. Один импульс петаваттного лазера примерно в 1000 раз превышает установленную в США электрическую мощность, но длится всего 150 фемтосекунд — примерно миллиардную долю от продолжительности удара молнии.

Учёные намерены использовать эту технологию для оценки устойчивости космической электроники к радиации, получения трёхмерных визуализаций новых полупроводниковых чипов, а также для создания новых методов лечения рака и передовой медицинской визуализации. Кроме того, этот ускоритель может быть использован для работы другого устройства, называемого рентгеновским лазером на свободных электронах, который может снимать замедленные видеоролики процессов в атомном или молекулярном масштабе. Примеры таких процессов включают взаимодействие между лекарствами и клетками, изменения внутри батарей, которые могут привести к воспламенению, а также химические реакции, происходящие в солнечных батареях, и трансформацию вирусных белков при заражении клеток.

Команда проекта намерена сделать систему ещё более компактной. Они хотят создать лазер, который помещается на столешнице и способен выдавать импульсы множество раз в секунду. Это значительно повысит компактность всего ускорителя и расширит возможности его применения в гораздо более широком диапазоне по сравнению с обычными ускорителями.

Инженеры Калтеха (Калифорнийского технологического института) сообщили о создании миниатюрного лазера с блокировкой мод (MLL), схема которого оптимальна для генерации сверхкоротких импульсов. Лазер настолько мал, что поместится в микросхему. Такое решение поможет совершать точнейшие измерения в микромире, что найдёт применение в атомных часах и в аналитических приборах, и даже может найти применение в смартфонах.

Источник изображения: Alireza Marandi

«Наша цель — совершить революцию в области сверхбыстрой фотоники, превратив большие лабораторные системы в системы размером с чип, которые можно будет массово производить и применять в полевых условиях, — заявил физик Цюши Го (Qiushi Guo) из Калифорнийского технологического института и Городского университета Нью-Йорка. — Мы хотим не только уменьшить размеры, но и обеспечить удовлетворительные характеристики этих сверхбыстрых лазеров на чипе».

Для точного измерения физических и химических явлений в мельчайших масштабах необходим лазер, обладающий идеальным сочетанием мощности и точности. Большинство лазеров, способных справиться с этой задачей, громоздки, дороги и потребляют много энергии. Новая разработка помещается на кончике пальца, тогда как до этого речь шла о конструкциях размером с лабораторный стол.

Потенциально такие лазеры могут использоваться для самых разных целей: от медицинской визуализации до атомных часов и навигации без помощи GPS. Задача была вместить конкретную схему в достаточно миниатюрные размеры, чтобы лазер на её основе помещался в сумку или даже карман.

Созданный учёными Калтеха миниатюрный лазер — это лазер с блокировкой мод или MLL, который создаёт чрезвычайно быстрые лазерные импульсы за счёт синхронизации фазы. Речь идёт об импульсах длиной в фемтосекунды. Быстрые лазерные импульсы позволяют проводить наблюдения на меньших масштабах и за объектами, которые движутся быстрее, например, за атомами в молекуле. Такие установки в настоящее время в самом лучшем исполнении и с хорошей мощностью довольно большие и требуют значительного количества энергии для работы.

Для создания миниатюрного MLL-лазера учёные использовали такой материал, как ниобат лития в тонкоплёночном исполнении (TFLN). Благодаря ему стало возможным использовать внешние радиочастотные электрические сигналы для точного управления лазерными импульсами. Для создания сверхмалого лазера этот материал был объединен со специальным типом полупроводника, совместимого с TFLN.

Результаты оказались впечатляющими: лазер способен выдавать импульс длиной 4,3 пикосекунды в ближней инфракрасной области с пиковой мощностью около 0,5 Вт. Лазер также оказался универсальным с точки зрения настройки режимов работы, что обещает помочь с его переносом в портативные устройства, которые, правда, ещё предстоит разработать.

«Это достижение открывает путь к использованию сотовых телефонов для диагностики глазных заболеваний или анализа продуктов питания и окружающей среды на наличие кишечной палочки и опасных вирусов, — обещают разработчики. — Это также может позволить использовать атомные часы в масштабе микросхемы, что позволит осуществлять навигацию в условиях, когда GPS скомпрометирована или недоступна».

Группа учёных из Китая объявила о создании устройства связи, которое может сыграть решающую роль в развитии сетей 6G. Оборудование, основанное на «технологии космической оптической коммутации», было выведено для испытаний на орбиту в августе 2023 года. Установленное на спутнике устройство способно передавать световые сигналы без преобразования их в электрические импульсы. Команда Сианьского института оптики и точной механики Китайской академии наук сообщила, что испытания в космосе прошли успешно,

Источник изображения: Pixabay

Традиционные коммутационные устройства связи в процессе передачи данных обычно преобразуют световые сигналы в электрические. Но этот традиционный фотон-электрон-фотонный метод имеет эффект «электронного узкого места», в то время как оптический подход может максимизировать скорость и ёмкость систем обмена данными. Новый метод также может снизить затраты на строительство специальных объектов связи.

Команда китайских учёных посвятила более десяти лет разработке устройства, повышающего возможности, гибкость и скорость передачи информации. «Сети связи следующего поколения, включая 6G, выйдут за рамки наземной связи, это должна быть глобальная сеть, включающая спутниковые узлы», — уверены разработчики. Согласно статье, опубликованной ими в прошлом году, новая технология на сегодняшний день поддерживает скорость передачи данных на уровне 40 гигабит в секунду.

Традиционно связь «спутник-земля» базируется на использовании радиосигнала, но скорость передачи данных сравнительно невысока из-за ограниченного диапазона используемых частот. Поэтому в последнее время всё больше внимания уделяется оптическим технологиям обмена информацией, в частности, лазерам. Полоса пропускания лазера потенциально может достигать нескольких сотен гигагерц, что позволяет упаковывать больше данных в каждую передачу.

Учёные уверены, что обычным коммутационным устройствам будет сложно превысить порог скорости передачи данных в 100 Гбайт/с из-за ограничений пропускной способности. Поэтому жизненно важно разработать более совершенную систему оптического обмена информацией. «Это особенно актуально для межпланетной связи, поскольку оптическая коммутация будет более эффективной, быстрой, компактной и дешёвой», — уверены исследователи.

Несмотря на последний прорыв китайской команды, исследователи говорят, что впереди ещё долгий путь до практического применения новой технологии. Спутниковый Интернет в Китае, включая технологию космической оптической коммутации, все ещё отстаёт от США, поскольку в некоторых важнейших компонентах и технологиях доминируют американские предприятия. На данный момент несколько компаний в отрасли, таких как Starlink Илона Маска (Elon Musk), экспериментируют с оптическим способом межспутниковой передачи данных.

Компания Rheinmetall сообщила, что успешно завершила годовые испытания боевого лазера, интегрированного в систему вооружения фрегата F-124 Sachsen «Саксония». За это время лазерная установка произвела более сотни выстрелов, поразив, в основном, небольшие высокоманёвренные цели в виде дронов и их роёв. Мощность установки составляет 20 кВт, но может быть легко доведена до 100 кВт.

Источник изображения: MBDA Deutschland / Rheinmetall

Морские испытания морского боевого лазера на борту «Саксонии» стартовали летом прошлого года. Конструктивно система размещается в стандартном 20-футовом контейнере (6-метровом). Опытная установка состоит из 12 2-кВт волоконных лазеров, мощность которых объединяется в один луч с помощью диэлектрической решётки. При этом происходит некоторая потеря мощности, но зато процесс масштабирования достаточно прост.

Контракт на изготовление прототипа лазера и его интеграцию в боевые системы «Саксонии» ВМС Германии заключили три года назад с компаниями MBDA Deutschland и Rheinmetall. Первая должна была создать модули для обнаружения и сопровождения целей, пульт оператора и обеспечить подключение всего этого к системе управления корабля. Компания Rheinmetall должна была создать сам лазер и системы его наведения, как и сам контейнер и узлы для его силового и интерфейсного подключения к соответствующим узлам фрегата.

За год морских испытаний ВМС Германии провели шесть кампаний, в ходе которых новая лазерная система использовалась против различных целей, некоторые из которых были очень маневренными. В ходе испытаний система совместно с датчиками корабля обнаруживала, отслеживала и обстреливала цели на основе взаимодействия с другими системами «Саксонии» в рамках запрограммированных правил ведения боевых действий.

В общей сложности лазер выполнил более сотни стрельб, завершившихся двумя демонстрационными днями перед высокопоставленными лицами Германии и НАТО.

По данным Rheinmetall, новый лазер предназначен для борьбы с беспилотниками, роями дронов, скоростными катерами и ракетами на очень малой дальности. Последующие модернизации позволят противостоять сверхзвуковым ракетам, реактивным снарядам, а также минометным и артиллерийским снарядам.

Добавим, в США для военно-морского флота уже поставляются серийно изготовленные боевые лазеры мощностью 60 кВт и сухопутные мобильные системы мощностью 300 кВт. Также приняты на вооружение в российской армии сухопутные боевые лазеры «Пересвет».

Немецкая компания Marvel Fusion и американский Университет штата Колорадо (CSU) объявили о частно-государственном партнёрстве для строительства на территории кампуса CSU Foothills исследовательского комплекса стоимостью $150 млн по созданию мощных лазеров для термоядерного синтеза. Работы на установке NIF в Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса доказали осуществимость и перспективность таких реакций и стали примером для подражания.

Источник изображения: Pixabay

Компания Marvel Fusion создана в Мюнхене в 2019 году. Она вобрала в себя ряд лучших европейских специалистов по вопросам термоядерного синтеза. В Европейском союзе в рамках проекта Extreme Light Infrastructure (ELI) давно создаётся и эксплуатируется сеть лабораторий с мощными лазерами, поэтому недостатка в опытных научных сотрудниках нет. Компания Marvel Fusion обещает предоставить американским партнёрам весь свой опыт в сфере лазерного зажигания термоядерных реакций, и дальше будет развивать эту тему вместе с ними.

Университет штата Колорадо тоже может похвастаться высоким научным потенциалом и опытом исследований в сфере лазерных технологий. Новый комплекс планируется создать рядом с лабораторией Advanced Beam Laboratory, построенной в 2013 году на территории кампуса. В новом комплексе зданий будет создано не меньше трёх лазеров мощностью до нескольких петаватт каждый с частотой зажигания десять раз в секунду. Технология Marvel Fusion предполагает, что для создания непрерывной и самоподдерживающейся термоядерной реакции в зону для мишени топливо будет подаваться с заданной периодичностью в виде таблеток. Это позволит гибко управлять рабочей мощностью термоядерного реактора на основе лазерного зажигания.

Университет и компания Marvel Fusion также принимают участие в ряде проектов по американской программе LaserNetUS, которую, со своей стороны, бюджетными средствами поддерживает Министерство энергетики США. Это позволяет партнёрам рассчитывать также на государственную помощь в их работе. Термоядерная энергия обещает бесконечную и чистую энергию и чем больше путей и первопроходцев движутся к этой цели, тем скорее будет результат.

Учёные из японского института Riken сообщили о разработке ручного сканера терагерцового диапазона для неразрушающего контроля чего угодно: от анализа лекарственных препаратов до досмотра груза и поиска дефектов в металлических конструкциях. Исследователи преодолели главные барьеры на пути к прибору размером с ладонь — сумели уменьшить габариты и энергопотребление установки.

Источник изображений: Riken

Разработчики давно мечтают создать терагерцовые сканеры компактных размеров. До недавнего времени такие установки занимали несколько комнат и требовали серьёзного питания. В то же время терагерцовый диапазон позволяет «заглянуть» внутрь предметов вплоть до анализа их химического состава на основе данных о поглощении длин волн. Службы обеспечения безопасности тоже встали в очередь за терагерцовыми сканерами. Они обещают ускорить, упростить и обезопасить процедуры досмотра багажа и грузов.

Учёные из института Riken изучали вопрос преобразования инфракрасного излучения в терагерцовое. За основу таких установок можно брать полупроводниковые лазеры, что соседствует с миниатюризацией. Другое дело, что исследователям долго не удавалось эффективно и без существенных потерь преобразовать инфракрасный луч в терагерцовое излучение.

С самого начала учёные взяли в работу такой материал, как ниобат лития (LiNbO₃). Это нелинейный кристалл, который оптически прозрачный для диапазона волн 0,4-5,0 мкм и может преобразовывать входные частоты в частоты с другой длиной волны, отчего этот материал широко используют в оптоэлектронике. Прорыв произошёл, когда учёные смогли подобрать правильную длительность импульсов для входного лазера ближнего инфракрасного диапазона, чтобы мощность луча не рассеивалась в кристалле, а максимально переходила в терагерцовое излучение.

Удачное открытие позволило увеличить выходную мощность на шесть порядков, но размеры установки оставались неприемлемы для ручного оборудования — где-то метр на метр посадочной площади. И тогда объёмный кристалл ниобата лития заменили на тонкий кристалл ниобата лития с искусственной поляризационно-модулированной микроструктурой, который называется периодически поляризованным кристаллом ниобата лития (PPLN). Такие кристаллы обычно используются в области видимого света, но в сочетании с лазером инфракрасного диапазона с правильно подобранными выходными импульсами удалось добиться следующего прорыва — создать сканер терагерцового диапазона размером с ладонь.

Учёные предсказывают, что совсем скоро вооружённые такими сканерами роботы начнут инспектировать строения, проводить быстрые досмотры на транспортных хабах, анализировать состав лекарств и продуктов питания и делать массу других полезных вещей без необходимости использовать рентгеновское оборудование, как раньше. Переговоры с производителями оборудования уже ведутся, в частности, с компаниями Ricoh, Topcon, Mitsubishi Electric и Hamamatsu Photonics.

Компания Alphabet уже пыталась обеспечить людей, проживающих в сельской местности и в отдалённых местах нашей планеты, с помощью высотных аэростатов в стратосфере. Теперь она попробует связать глубинку с Сетью с помощью лазеров.

Терминал Taara. Источник изображения: Reuters

Проект Taara создан в недрах принадлежащей компании Google инновационной лаборатории X. Он был инициирован ещё в 2016 году, сначала предусматривалось использование стратосферных шаров в качестве своеобразной альтернативы спутникам, но себестоимость построения и эксплуатации таких сетей оказалась чересчур высокой. Руководство Taara совместно с индийской телекоммуникационной компанией Bharti Airtel сообщили журналистам, что планируют крупномасштабное развёртывание лазерных телекоммуникационных технологий в Индии, но финансовые детали пока не раскрываются.

Taara помогает связать интернет-сервисы в 13 странах, включая Австралию, Кению и Фиджи, также заключено соглашение с Econet Group и её подразделением Liquid Telecom в Африке, интернет-провайдером Bluetown в Индии и Digicel на тихоокеанских островах. По словам представителя Taara, целью является относительно дешёвая связь стоимостью по доллару за гигабит для конечных потребителей.

По данным руководства Taara, своеобразное «прозрение» наступило ещё во время тестирования шаров в рамках проекта Loon, передававших информацию с помощью лазеров от одного к другому. Теперь разработки основаны на наземных решениях с использованием похожих лазеров, их уже используют партнёры вроде Bharti Airtel. Как сообщают разработчики, Taara уже обеспечивает передачу большего объёма данных ежедневно, чем Loon — за всю свою историю.

Терминал Taara. Источник изображения: Reuters

По словам сотрудников Taara, только в Индии имеются сотни тысяч деревень, не обеспеченных интернетом и ожидающих установки нового оборудования. По мнению некоторых экспертов, Taara также поможет быстрее передавать информацию и в городской среде развитых стран, поскольку дешевле передавать информацию между зданиями по лучу, чем прокладывать оптоволоконные кабели.

В июле 2020 года Google направила $10 млрд на цифровизацию Индии. Она вложила $700 млн в покупку 1,28 % акций Bharti Airtel в прошлом году. В то время как X и Google являются родственными структурами под «зонтиком» Alphabet, партнёрство Taara с Bharti Airtel осуществляется независимо от инвестиций Google.

Группа учёных Высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) сделала большой шаг в направлении беспроводной передачи данных. Они продемонстрировали работу системы на основе лазера, которая смогла обеспечить пропускной способностью более 1 Тбит/с при передаче данных на расстояние 53 км. Исследователи считают, что эта технология в итоге позволит отказаться от паутины кабелей, протянутых по всему миру.

Источник изображений: ETH Zurich

Данная работа является частью европейского проекта Horizon 2020, который финансирует передовые исследования на сумму 80 миллиардов евро. Команда ETH под руководством профессора Юрга Лейтхольда (Jürg Leuthold) предполагает, что оптическая система передачи данных будет работать со спутниками с гораздо более высокой скоростью, что устранит необходимость в физической интернет-магистрали, пересекающей океаны.

В этом исследовании учёные из ETH Zurich не использовали спутник, так как лазерная передача данных и так прекрасно работает в космосе благодаря полному отсутствию воздуха, а вот на Земле он мог бы помешать ей. Например, спутники Starlink компании SpaceX используют лазеры для передачи данных между собой. Учёным было необходимо убедиться, что терабитный лазер сможет работать в пределах атмосферы Земли. Для этого команда выбрала далёкую, высоко поднятую цель: Юнгфрауйох (Jungfraujoch), горный перевал в Швейцарских Альпах, расположенный примерно в 53 км от источника лазера.

Для поддержания более высокой скорости передачи данных, оптическая система, разработанная ETH Zurich, использует модулированную световую волну. Это означает, что приёмник может считывать несколько состояний каждого передаваемого символа. Изменяющиеся фазовые углы и амплитуда создают сигнал в 64 QAM. Турбулентность в атмосфере может исказить эти тщательно построенные формы волны, поэтому исследователи в сотрудничестве с французской аэрокосмической фирмой Onera создали чип микроэлектромеханической системы (MEMS) с 97 микроскопическими зеркалами. Этот чип может корректировать неправильный фазовый сдвиг с частотой 1500 раз в секунду, обеспечивая целостность сигнала.

В данном исследовании использовался лишь лазер с одной длиной волны света, то есть с одним каналом передачи, но команда считает, что технология может быть масштабирована до 40 каналов. При скорости около одного терабита на канал экспериментальная технология начинает выглядеть как нечто, способное заменить физические кабели. Нынешние спутниковые интернет-системы все ещё полагаются на сигналы микроволнового диапазона, и потому они не могут передавать такое же количество данных, сколько может высокочастотный лазер. Вполне возможно, что будущие спутниковые интернет-созвездия будут использовать подобные лазеры для передачи данных на поверхность Земли. Однако исследователи из ETH Zurich оставят это другим учёным и инженерам.

По планам команды следующим этапом является разработка улучшенных формул модуляции для увеличения пропускной способности.