Właśnie dlatego UV-C wraca do gry, nie jako ciekawostka z laboratoriów, ale jako narzędzie, które z definicji radzi sobie z bałaganem w powietrzu. To pasmo silnie rozprasza się w atmosferze, co paradoksalnie bywa zaletą: sygnał może dotrzeć także wtedy, gdy nie ma idealnej linii widzenia.
Teraz do tej układanki dołożono brakujące elementy: źródło ultrakrótkich impulsów UV-C i czuły odbiornik, który działa w temperaturze pokojowej. W demonstracji udało się zakodować i odczytać komunikat w wolnej przestrzeni, używając błysków trwających setki femtosekund, czyli ułamki bilionowej części sekundy.
Laser w UV-C: błysk krótszy niż mrugnięcie elektroniki
Sedno rozwiązania jest sprytne, ale nie magiczne. Zamiast próbować zbudować od zera egzotyczny laser UV-C, wykorzystuje się klasyczny femtosekundowy laser na 1024 nm i przekłada jego energię na krótszą falę w kryształach nieliniowych. W praktyce to kaskadowe generowanie drugiej harmonicznej, które finalnie daje czwartą harmoniczną – 256 nm, czyli głęboki UV-C.
W liczbach brzmi to jeszcze lepiej. Przy częstotliwości repetycji 60 kHz osiągnięto do 20% sprawności konwersji z 1024 nm do 256 nm, a energia impulsu UV-C po separacji harmonicznych sięgała ok. 2,38 μJ. To nie jest zabawka, tylko realnie tłusty impuls jak na tak krótkie czasy i tak krótką falę.
Co ważne, nie mówimy o nanosekundach czy pikosekundach, tylko o reżimie femtosekundowym: zmierzony czas trwania impulsu UV-C wyniósł w przybliżeniu 243 fs. Dla porównania większość elektroniki nawet bardzo szybkiej, w tym czasie nie zdąży „mrugnąć”.
Odbiornik z warstw cienkich jak cierpliwość w poniedziałek rano
Druga połowa sukcesu jest równie istotna. Samo wygenerowanie pięknego impulsu to dopiero połowa historii, bo bez sensownego detektora UV-C wszystko kończy się na pomiarach naokoło. Tu postawiono na półprzewodniki dwuwymiarowe, ekstremalnie cienkie warstwy materiału, które potrafią silnie pochłaniać UV-C i szybko zamieniać je na sygnał elektryczny.
W praktyce użyto czujników opartych o GaSe oraz wariant z warstwą tlenkową (Ga₂O₃), a istotnym detalem jest to, że materiał da się wytwarzać w podejściu bardziej fabrycznym niż hobbystycznym, np. poprzez wzrost na waflu szafirowym o średnicy 2 cali. To brzmi jak techniczny szczegół, ale właśnie takie szczegóły często decydują, czy technologia wychodzi z laboratorium.
Ciekawostką jest charakterystyka odpowiedzi: zamiast kapryśnego zachowania, czujniki wykazały liniową do superliniowej zależność prądu od energii impulsu, a to cenna cecha, gdy myśli się o pracy w różnych reżimach mocy i częstotliwości powtarzania. Do tego detekcja odbywa się w temperaturze pokojowej, bez kriogeniki i bez skomplikowanych obejść.
Dlaczego akurat UV-C i co może z tego wyniknąć?
UV-C (mniej więcej 200–280 nm) ma jedną właściwość, która w kontekście łączności brzmi jak cheat code. To tzw. solar-blind region. W tym paśmie promieniowanie słoneczne jest silnie tłumione przez atmosferę (ozon i tlen), więc tło bywa wyjątkowo niskie, łatwiej odróżnić sygnał od szumu.
Druga rzecz to rozpraszanie w powietrzu. Dla klasycznych łączy optycznych rozpraszanie jest wrogiem, a tu potrafi stać się sprzymierzeńcem: sygnał może zawinąć przez atmosferę i dotrzeć do odbiornika mimo braku idealnej widoczności. Taki scenariusz aż się prosi o zastosowania w środowiskach, gdzie przeszkody są normą: robotyka, autonomiczne systemy, infrastruktura przemysłowa, działania w zadymieniu czy w gęstej zabudowie.
Jest też druga strona medalu. UV-C jest biologicznie aktywne i przy niekontrolowanej ekspozycji może być szkodliwe dla oczu i skóry, więc praktyczne wdrożenia muszą oznaczać osłony, interlocki, ograniczenia mocy i sensowną inżynierię bezpieczeństwa. Do tego atmosfera nie tylko pomaga niski szum tła, ale też ogranicza zasięg – UV-C nie jest stworzone do bicia rekordów dystansu, raczej do krótkich, pewnych łączy w trudnych warunkach.
To nie jest internet z UV, ale może być brakujące ogniwo
Najbardziej przemawia do mnie to, że ktoś wreszcie potraktował temat systemowo. W fotonice często bywa tak, że mamy świetne źródło, ale nie mamy jak go sensownie czytać, albo mamy świetny detektor, ale brakuje stabilnego źródła w odpowiednim paśmie. Tu zestawiono oba elementy w jednej demonstracji i to w warunkach, które choć laboratoryjne, są już blisko scenariuszy prawdziwego świata.
Drugi plus: 256 nm i femtosekundy to nie tylko szybkość dla samej szybkości. To obietnica bardzo precyzyjnego cięcia czasu w pomiarach, obrazowaniu i spektroskopii, gdzie liczy się uchwycenie procesów, zanim zdążą się rozmyć. Jeśli do tego dochodzi kompatybilność z integracją fotoniczną i sensowna droga do skalowania materiałów, robi się z tego platforma, a nie jednorazowy rekord.
Nie spodziewam się, że UV-C nagle zastąpi Wi-Fi czy klasyczne łącza optyczne. Ale jako technologia od zadań specjalnych – tam, gdzie przeszkody i rozpraszanie zabijają inne rozwiązania, może okazać się dokładnie tym, czego brakowało: krótkim, szybkim, odpornym kanałem, który działa wtedy, kiedy warunki są brzydkie. A to w automatyce, robotyce i komunikacji między urządzeniami bywa cenniejsze niż marketingowe terabity.