Лазеры помогут зарядить гаджеты и найти воду на Луне

Вполне возможно, что совсем скоро на смену проводным и беспроводным зарядкам придет лазерная, и чтобы восстановить заряд батареи смартфона или ноутбука, достаточно будет просто внести их в комнату с передатчиком.

Ученые из Седжоновского университета в Сеуле, Южная Корея, создали устройство для зарядки с использованием инфракрасного лазера. Оно состоит из двух частей — передатчика, который можно разместить в комнате, и приемника, встраиваемого в электронику. Передатчик создает инфракрасный луч с длиной волны 1550 нм, тот попадает в приемник, фотоэлектрический элемент внутри последнего поглощает свет и преобразует его в электроэнергию для зарядки.

Начали, как обычно, с малого: луч мощностью 400 милливатт на 30 метров передал энергию в приемник, установленный на расстоянии 30 м, а тот выдал электрическую мощность 85 милливатт. Это почти ничто: такой энергии хватит лишь для питания нескольких датчиков, а гаджетах речи даже не идет. Но останавливаться на достигнутом ученые не станут, эксперименты продолжатся. Ближайшая цель — повысить эффективность фотоэлектрического элемента для увеличения выходной электрической мощности. А еще ученые хотят найти способ заряжать с помощью этой технологии сразу несколько девайсов.

Американские коллеги южнокорейских ученых, инженеры Центра космических полетов имени Годдарда НАСА намерены решать с помощью лазера совсем другие задачи. Они разработали миниатюрный (меньше 3 см — на фото в самом начале этой заметки он показан рядом с монетой в 25 американских центов, имеющей диаметр 24,3 мм) мощный лазер, призванный найти воду на Луне.

О существовании там воды мы знаем давно, благодаря индийскому космическому зонду «Чандраян-1». В ходе своей миссии в 2008—2009 гг. он запечатлел поверхность спутника Земли с помощью спектрометра, прибора, измеряющего отражение и поглощение света с помощью волн разной длины. Этот метод позволил определить состав пород и обнаружить молекулы воды.

Однако спектрометры, подобные тем, что отправились к Луне на «Чандраяне-1», не способны отличить воду от свободных ионов водорода и гидроксильных соединений. Лазер куда точнее — его луч в терагерцовом диапазоне может выявить даже воду, скрытую под поверхностью небесного тела.

Традиционные терагерцовые лазеры потребляют много энергии и имеют большие габариты, поэтому выводить такие комплексы в космос сложно, дорого и неудобно. Другое дело квантово-каскадные лазеры — как тот, что предложили использовать учёные из НАСА. Такие приборы подходят для этой цели идеально: они очень компактные, при этом достаточно мощные.

Квантовый каскадный лазер состоит из десятков слоев ультратонких полупроводниковых материалов. Фотоны проходят через них и генерируют луч, а волновод и оптическая антенна удерживают его сфокусированным в определенном направлении. Приборы с таким лазером можно без проблем устанавливать как на самые маленькие спутники и зонды, так и в переносные приборы, умещающиеся в руке или сумке.

Имея в виду как раз последний способ применения, инженеры планируют подготовить такие приборы к старту пилотируемой миссии в рамках программы НАСА «Артемида», целью которой является возвращение человека на Луну до 2030 года.

Источник изображения: Michael Giunto / NASA