Amerikaanse onderzoekers maken antenne van laserplasma, werkt als lichtzwaard

Een antenne is normaal gesproken een vast stuk metaal: een staaf, een schotel of een printplaatpatroon. De vorm en lengte bepalen op welke frequentie hij werkt. Wil je een andere frequentie gebruiken, dan heb je vaak een andere antenne nodig. Onderzoekers van North Carolina State University in de Verenigde Staten laten nu zien dat het ook anders kan. Zij bouwden een antenne uit een straal geïoniseerd gas, opgewekt met een laser, die radiosignalen van 30 MHz kon versturen.

Hoe werkt een antenne van licht?

Het team richtte een laser met precies afgestelde kracht en bundelbreedte op lucht. De energie van de laser rukt elektronen los van gasmolecuulen. Daardoor ontstaat een dunne, geleidende straal geladen deeltjes: plasma. Omdat die deeltjes reageren op elektromagnetische velden, kan de plasmastraal zich gedragen als een gewone metalen antenne. Belangrijk is dat de laser zelf geen signaal verstuurt. De laser maakt alleen de geleidende structuur; het plasma doet daarna het werk.

Het lastigste probleem was de verbinding tussen de plasmastraal en de rest van de apparatuur. Een gewone antenne wordt met een metalen draad aangesloten. Maar een draad die het plasma raakt, zou de delicate straal verstoren. De onderzoekers losten dit op met een metalen ring die als condensator werkt. De laser schiet dwars door de ring en vormt daarbinnen het plasma. Een generator stuurt een wisselend elektrisch veld door de ring, dat het plasma raakt zonder het aan te raken. Zo gaat er toch een radiosignaal de straal in.

Sterker signaal en toepassingen in de ruimte

Bij een test op 30 MHz, met een ontvangende antenne op zo'n 5 centimeter afstand, bleek het signaal 2,5 keer sterker te worden zodra het plasma aanwezig was: een verbetering van 150 procent vergeleken met de situatie zonder plasmastraal. Daarmee toonden de onderzoekers voor het eerst aan dat zo'n laser-plasma-antenne daadwerkelijk werkt als zender.

De techniek is vooral interessant voor satellieten en ruimtevaartuigen. Die hebben vaak lange antennes nodig die voor de lancering worden opgevouwen en pas in de ruimte worden uitgeklapt, met extra gewicht en mechanische risico's als gevolg. Een plasma-antenne zou theoretisch van lengte en richting kunnen veranderen door alleen de laser aan te passen. Dat kan ook handig zijn voor radarsystemen, waarbij de richting van een signaal snel moet kunnen verschuiven.

De onderzoekers waarschuwen wel dat het om een eerste proef gaat. Ze hebben pas één frequentie getest, op zeer korte afstand, en nog niet aangetoond dat de antenne ook signalen kan ontvangen of over grote afstanden kan werken. Hoeveel laservermogen nodig is voor een bruikbare plasmastraal, en hoe betrouwbaar het systeem is in de praktijk, moet nog blijken. De studie is gepubliceerd in het IEEE Journal of Microwaves.