レーザーで雲に穴を開け、衛星高速データ通信を実現するブレイクスルー

• 研究者たちは雲に穴を開けて、高速で情報を伝送しようとしている
• 超短パルス高強度レーザーフィラメントを使用
• この技術は大気へ悪影響を与えない

現在の長距離情報伝送は、電波（衛星経由）または地中光ファイバーのいずれかによって行われています。しかし、情報の流れは毎年大幅に増加しており、まもなく電波のみでのデータ伝送では日々の需要を満たせなくなるでしょう。

電波はレーザーと比較して波長が長いため、転送できるデータ量が制限されます。また、利用可能な周波数帯域が限られており、ますます高コストになっています。

そのため研究者たちは、電波よりもはるかに複雑ですが、セキュリティ面で多くの利点があるレーザー技術に焦点を移しつつあります。現在、大気の障壁はフリースペース光通信（FSO）の主要な課題の一つです。

ジュネーブ大学の研究者たちが、衛星からレーザーで送信される情報の通り道を開くため、雲に穴を開ける技術を開発しました。

雲を貫く

超短波長レーザーは、電波の1万倍のデータを運べ、チャネル数に制限がありません。しかし、これらの超短ビームは霧や雲を貫通できません。したがって、悪天候時にはレーザーでデータを送信できません。

この問題を解決するため、研究者たちはさまざまな地域でレーザー信号を受信できる地上局を増やしています。天候に応じて、衛星が標的とする地上局を選択するのが目的です。

このタイプのソリューションはすでに存在しますが、データ伝送は依然として天候に依存します。また、衛星の構成を変更する必要があり、これは通信の上流で処理しなければならない深刻な問題です。

現時点では、レーザービームが通過できるよう雲に穴を開けるのが唯一の効果的な解決策です。この研究では、著者らはそれに近いことを実現しました：超短パルス高強度レーザーを構築し、空気を1750ケルビン以上に加熱して衝撃波を生成し、ビームが通過する空気から水滴を放射状に排出します。これにより、雲の全厚にわたって数センチメートル幅の穴が生成されます。

参照: arXiv:1810.09800 | ジュネーブ大学

彼らは、2018年ノーベル物理学賞を受賞したレーザー技術（光学ツイーザー）と同じ技術を使用しました。ビームを雲に当て続けるだけで、その周波数がキロヘルツ帯域にあるため、高ビットレートの通信データを運ぶことができます。

Credit: UNIGE/Xavier Ravinet

研究者たちによると、これは雲と霧を通じて光学リンクを開く初めてのアクティブな方法です。高ピークパワーレーザーは、第2の変調ビームのためにミー散乱を減少させた局所的な無雲経路を生成します。また、この技術は大気へ悪影響を与えないと主張しています。

実用化までどのくらいかかるか？

研究者たちは現在、厚さ50センチメートルだが大気中の雲より1万倍密度の高い人工雲でレーザーをテストしています。このセットアップではレーザーは優れた性能を発揮し、雲が動いている場合でも機能します。

次のテストフェーズでは、異なる密度と高度を持つより厚い霧と雲（最大1,000メートル厚）を使用します。これは商用レーザー衛星通信への重要なステップであり、研究者たちは2025年までにこの技術が世界的に実装されると信じています。