Fyzici překonali rekord v odpalování laserů na své univerzitní dráze: ScienceAlert

Fyzici právě vytvořili nový rekord tím, že omezili laserový puls s vlastním zaostřováním na vzduchovou klec podél 45 metrů dlouhé univerzitní chodby.

S předchozími výsledky hluboko pod metr, tento nejnovější experiment vedený fyzikem Howardem Melchbergem z University of Maryland (UMD) představuje novou půdu pro zachycování světla v kanálech známých jako vzduchové vlnovody.

Do časopisu byl přijat článek popisující výzkum X fyzická recenze, AMezitím se dají najít Na předtiskovém serveru arXiv . Výsledky by mohly inspirovat nové způsoby, jak dosáhnout laserové komunikace na dlouhé vzdálenosti nebo dokonce pokročilé technologie laserových zbraní.

„Pokud bychom měli delší vstup, naše výsledky ukazují, že jsme mohli upravit laser tak, aby měl delší vlnovod,“ říká. říká fyzik UMD Andrew Tartaro.

„Ale našli jsme stopu přímo v naší hale.“

Lasery mohou být užitečné pro řadu aplikací, ale koherentní paprsky světla musí být přesně uspořádány Zkroucený a soustředěný Nějak. Laser ponechán svému vlastnímu zařízení se rozptýlí a ztratí svou sílu a účinnost.

Jednou z těchto technik zaostřování je vlnovoducož je přesně to, jak to zní: nasměruje elektromagnetické vlny do konkrétní dráhy a zabrání jejich rozptylu.

Optické vlákno je jedním příkladem. To se skládá ze skleněné trubice, podél které jsou směrovány elektromagnetické vlny. Protože plášť kolem vnější strany trubice má nižší index lomu než střed trubice, světlo, které se snaží rozptylovat, je místo toho ohýbáno trubicí a drží paprsek podél své délky.

V roce 2014 Milchberg a jeho kolegové úspěšně předvedli to, čemu říkají atmosférické vlnovody. Místo použití fyzické struktury, jako je trubice, použili laserové pulsy k syntéze svého laserového světla. Zjistili, že pulzní laser produkuje plazmu, která ohřívá vzduch v jeho stopě a zanechává za sebou stopu vzduchu s nízkou hustotou. Je to jako Blesk A hrom v miniatuře: Expandující vzduch s nízkou hustotou zní jako drobné údery hromu, které následují po laseru a vytvářejí to, co je známé jako vlákno.

Méně hustý vzduch má nižší index lomu než vzduch kolem něj – takový je plášť kolem trubice z optických vláken. Takže natáčení těchto vláken ve specifické konfiguraci, která „zachycuje“ laserový paprsek v jeho středu, efektivně vytváří vlnovod ze vzduchu.

Předběžné experimenty Popsáno v roce 2014 Vytvořte anténní vlnovod o délce asi 70 cm (2,3 stopy) pomocí čtyř vláken. K rozšíření experimentu potřebovali více vedení – a mnohem delší tunel dolů, aby mohli rozsvítit světla, pokud možno bez nutnosti přesouvat své těžké vybavení. Dlouhá chodba v energetickém výzkumném zařízení UMD byla proto upravena tak, aby umožňovala bezpečnou difúzi emitovaného laseru otvorem ve stěně laboratoře.

Vstupní body koridoru jsou zablokovány, lesklé povrchy jsou zakryty a jsou rozmístěny laserové absorpční závěsy.

„Byl to opravdu jedinečný zážitek.“ říká elektroinženýr Andrew Goffin UMDprvní autor na týmovém papíru.

„Existuje spousta laserové zobrazovací práce, která probíhá mimo laboratoř, se kterou se nemusíte zabývat, když jste v laboratoři – jako je nasazování žaluzií pro bezpečnost očí. Rozhodně to bylo stresující.“

Nakonec se týmu podařilo vytvořit vlnovod schopný procházet 45metrovým koridorem – doprovázený praskavým a praskavým zvukem a drobným bouchnutím hromu produkovaným „bleskovými“ vlákny laseru. Na konci vzduchového vlnovodu zadržel laserový puls ve středu asi 20 procent světla, které by se jinak bez vlnovodu ztratilo.

V laboratoři tým také studoval kratší 8metrový pneumatický vlnovod, aby provedl měření procesů, ke kterým došlo v atriu, protože k tomu neměli vybavení. Tyto kratší testy dokázaly udržet 60 procent světla, které by se jinak ztratilo. Užitečné byly i malé údery hromu: čím aktivnější byl vlnovod, tím hlasitější byl zvuk.

Jejich experimenty odhalily, že vlnovody jsou extrémně pomíjivé a trvají jen stovky milisekund. Nasměrovat něco, co se šíří rychlostí světla, je však dost času.

Výzkum naznačuje, kde je možné dosáhnout zlepšení; Například vyšší účinnost a délka nasměrování by měla vést k menším ztrátám světla. Tým chce také experimentovat s různými barvami laserového světla a rychlejší frekvencí pulsů vlákna, aby zjistil, zda mohou nasměrovat kontinuální laserový paprsek.

„Dosah 50 metrů pro vzduchové vedení doslova otevírá cestu pro delší vlnovody a mnoho aplikací,” říká Milchberg.

„Na základě nových laserů, které budeme mít brzy, máme recept na rozšíření našich průvodců na kilometr a dále.“

Hledání přijato X fyzická recenzea je k dispozici na arXiv.