Метаматериалы позволят светодиодам нести информацию под водой Печать
Новости науки
28.01.2014
Представлен метаматериал — то есть объект, отсутствующий в природе, но созданный путём преднамеренных комбинаций и модифицирования материалов естественных, — который способен резко повысить скорость и надёжность оптической коммуникации под водой. Авторы разработки — специалисты Калифорнийского университета в Сан-Диего (США) во главе с Чжаовэй Лю (Zhaowei Liu).

Схема метаматериала, через который пропускалось светодиодное излучение (иллюстрация Zhaowei Liu et al.).

Проблема передачи данных под водой довольно остра. Любые подводные датчики, транслирующие данные базовому кораблю, подлодке, подводным автономным работам и проч., обычно не могут эффективно использовать радиоволны, не говоря уже о том, что их легко обнаружить. Поэтому сейчас применяются акустические системы передачи информации на близкие расстояния — аналог Wi-Fi в морской среде. Беда этого метода в том, что нынешние системы акустического слежения подлодок очень эффективны и часто позволяют обнаружить факт передачи и даже выяснить её содержание. Между тем нередко скрытность передачи данных под водой — её главнейшее достоинство, достаточно вспомнить проект российской донной баллистической ракеты, которая теоретически должна стартовать с ядерным боезарядом после получения сигнала. Очевидно, её пуск будет производиться по команде, сам факт подачи которой должен быть максимально секретным, и акустические методы коммуникации тут непригодны.

В этом смысле оптические системы много лучше: их не перехватить уже с 10–20 км, поскольку свет под водой быстро поглощается.

Увы, хотя зелёные и голубые светодиоды в принципе могут предавать данные на небольшие расстояния (их свет относительно слабо поглощается водой), скорость их модуляции — грубо говоря, «моргания» светодиода — пока слишком низка и заставляет мечтать даже о гигагерце.

Группа Чжаовэй Лю использовала светодиоды на галлиевой основе, свет от которых проходил через слои серебра и кремния с заранее нанесёнными на них нанопрорезями; форма последних позволяла получить световой пучок ýже и концентрированнее, чем тот, что излучали светодиоды, и при этом быстрее модулировать его.

Если яркость сигнала на выбранном направлении была повышена в 80 раз, то скорость «моргания» выросла в 76 раз в сравнении с лучшими сегодняшними образцами, а для эффективной передачи данных под водой её нужно увеличить стократно. Иначе говоря, первое же применение метаматериалов подвело световую подводную связь почти к нужной эффективности.

Даже банальный дельфин на службе у ВМС слышит акустическую передачу данных под водой — и приходит в заметное беспокойство. Оптические аналоги нужны как воздух, и метаматериалы тут кажутся очень перспективным направлением. (Фото Julius Csotonyil.)

Исследовательская группа подчёркивает: испытывался лишь «метаматериальный» подход, а потому новые эксперименты дадут куда более высокие показатели, что позволит получить надёжные методы передачи данных на оптической основе под водой.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature Nanotechnology (доступен полный текст).

Подготовлено по материалам Инженерной школы Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Источник - http://compulenta.computerra.ru/tehnika/devices/10011118/