Hybrid Free-space-optics and Millimetre-wave D-band Trans-mitter enabled by Optically Harmonically Locked Lasers
यह शोध पत्र एक हाइब्रिड फ्री-स्पेस ऑप्टिक्स और डी-बैंड मिलीमीटर-वेव ट्रांसमीटर को प्रदर्शित करता है जो एकल ऑप्टिकली हार्मोनिकली लॉक्ड लेजर पेयर द्वारा संचालित है, जो बीम एंगल मिसअलाइनमेंट के तहत संयुक्त क्षमता के साथ 100 Gb/s से अधिक सिग्नलिंग का समर्थन करते हुए अल्ट्रा-लो फेज नॉइज़ और लाइनविड्थ प्राप्त करता है।
मूल पेपर CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें
कल्पना कीजिए कि आप एक इमारत से दूसरी इमारत तक भारी मात्रा में डेटा भेजना चाह रहे हैं। आपके पास इसे करने के दो मुख्य तरीके हैं:
लेजर बीम (फ्री-स्पेस ऑप्टिक्स): इसे एक बहुत ही चमकीली, बहुत पतली टॉर्च की तरह समझें। यह बहुत बड़ी मात्रा में जानकारी ले जा सकती है (जैसे प्रकाश से बनी हाई-स्पीड इंटरनेट केबल), लेकिन यह बहुत नखरेबाज है। यदि टॉर्च जरा सा भी हिल जाए, या थोड़ा सा कोहरा आ जाए, तो सिग्नल टूट जाता है। यह सुई में धागा पिरोने जैसा है जबकि आप रोलरकोस्टर की सवारी कर रहे हों; यदि आप बाल बराबर भी चूक गए, तो कनेक्शन टूट जाएगा।
रेडियो वेव (डी-बैंड मिलीमीटर वेव): इसे एक शक्तिशाली रेडियो स्टेशन की तरह समझें। यह लेजर की तरह उतना "पतला" या सटीक नहीं है, लेकिन यह बहुत अधिक मजबूत है। यह कोहरे और बादलों के बीच से निकल सकता है, और इसे इस बात से फर्क नहीं पड़ता कि एंटीना थोड़ा डगमगा रहा है। हालांकि, अपने आप में, यह लेजर जितना अधिक डेटा नहीं ले जा सकता, और सिग्नल थोड़ा "शोर भरा" (रेडियो पर आने वाली स्टेटिक की तरह) हो सकता है।
समस्या
वैज्ञानिक इन दोनों के सर्वोत्तम गुणों को पाने के लिए इन्हें मिलाने की कोशिश कर रहे हैं: लेजर की विशाल डेटा क्षमता और रेडियो की मजबूती। लेकिन पिछले प्रयास ऐसे थे जैसे दो अलग-अलग टॉर्च और दो अलग-अलग रेडियो को आपस में टेप से चिपकाने की कोशिश करना। वे पूरी तरह से तालमेल नहीं बिठा पाते थे, जिससे "जिटर" (jitter) या शोर पैदा होता था जो सब कुछ धीमा कर देता था।
समाधान: "ट्विन-हार्टबीट" लेजर
शोधकर्ताओं ने एक नया सिस्टम बनाया जहाँ लेजर और रेडियो वेव एक ही "हार्टबीट" (धड़कन) से पैदा होते हैं।
उन्होंने ऑप्टिकल हार्मोनिक लॉकिंग (Optical Harmonic Locking) नामक एक विशेष तकनीक का उपयोग किया। कल्पना कीजिए कि दो ड्रमर (ढोल बजाने वाले) हैं। आमतौर पर, यदि आप दो ड्रमर्स को बिना किसी कंडक्टर के एक साथ बजाने के लिए कहते हैं, तो वे अंततः ताल से भटक जाएंगे। लेकिन इस प्रयोग में, शोधकर्ताओं ने इन दोनों लेजरों को एक साथ लॉक करने के लिए एक विशेष ट्रिक का उपयोग किया ताकि वे एकदम सटीक और सटीक लय में धड़कें।
क्योंकि ये दो लेजर पूरी तरह से लॉक हैं:
- वे एक रेडियो वेव (D-band) उत्पन्न करते हैं जो अविश्वसनीय रूप से स्थिर और शांत (कम "फेज नॉइज़") है।
- वे एक लेजर बीम भी उत्पन्न करते हैं जो अविश्वसनीय रूप से सटीक है।
- महत्वपूर्ण बात यह है कि वे लाइट सिग्नल और रेडियो सिग्नल दोनों बनाने के लिए एक ही जोड़ी लेजरों का उपयोग करते हैं। यह एक मास्टर क्लॉक होने जैसा है जो टॉर्च और रेडियो टावर दोनों को नियंत्रित करता है।
उन्होंने लैब में क्या किया
उन्होंने एक ट्रांसमिटर और एक रिसीवर के बीच एक छोटा परीक्षण लिंक (लगभग 55 सेंटीमीटर, या लगभग 2 फीट) स्थापित किया। उन्होंने लेजर और रेडियो वेव दोनों का उपयोग करके एक बहुत तेज़ गति (100 गीगाबिट प्रति सेकंड से अधिक) पर डेटा भेजा।
परिणाम
"वोबल" (डगमगाहट) टेस्ट: उन्होंने रिसीवर को थोड़ा हिलाकर देखा कि यह कितना झेल सकता है इससे पहले कि सिग्नल टूट जाए।
- रेडियो (D-band) एक टैंक की तरह था। यह काफी हिलने (3 या 4 डिग्री तक) के बावजूद भी पूरी तरह से काम करता रहा।
- लेजर (FSO) एक रस्सी पर चलने वाले कलाकार (tightrope walker) की तरह था। यदि इसे एक अंश से भी कम (0.05 डिग्री) हिलाया गया, तो यह तुरंत विफल हो गया।
- निष्कर्ष: रेडियो सिग्नल, लेजर की तुलना में हलचल के प्रति 80 गुना अधिक सहनशील है।
"टीमवर्क" टेस्ट: उन्होंने एक ही डेटा को एक ही समय में लेजर और रेडियो दोनों पर भेजा और रिसीविंग एंड पर उन्हें मिला दिया।
- जब सब कुछ पूरी तरह से संरेखित (aligned) था, तो दोनों सिग्नलों को मिलाने से उन्हें अकेले किसी भी एक सिग्नल की तुलना में अधिक स्पष्ट और मजबूत सिग्नल (लगभग 2.4 dB बेहतर) मिला।
- यहाँ तक कि जब लेजर सिग्नल हलचल के कारण खराब हो गया, तब भी रेडियो सिग्नल ने कनेक्शन को जीवित रखा, और कंप्यूटर डेटा को प्रवाहित रखने के लिए दोनों सिग्नलों को वापस "स्टिच" (जोड़ने) करने में सक्षम रहा।
यह क्यों मायने रखता है
यह नया सिस्टम साबित करता है कि आप एक ऐसा हाई-स्पीड कनेक्शन बना सकते हैं जो तेज़ (लेजर की वजह से) और लचीला (रेडियो की वजह से) दोनों हो। क्योंकि रेडियो सिग्नल हलचल के प्रति बहुत अधिक उदार है, शोधकर्ता सुझाव देते हैं कि यह एक "गाइड" या "बीकन" के रूप में कार्य कर सकता है जो नाजुक लेजर बीम को निशाना लगाने में मदद करे, जिससे पूरा सिस्टम सेट करना आसान और वास्तविक दुनिया की स्थितियों में अधिक विश्वसनीय हो जाता है।
संक्षेप में, उन्होंने एक हाइब्रिड ट्रांसमिटर बनाया है जहाँ लेजर और रेडियो वेव एकदम जुड़वा हैं, जिससे तेज़, मजबूत और अधिक स्थिर वायरलेस डेटा ट्रांसमिशन संभव होता है।
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