yuhao 稀奇古怪~bizarre 2023-05-17

物理学家打破了向大学走廊发射激光的记录：

物理学家刚刚创造了一项新记录，将自聚焦激光脉冲限制在空气笼中，沿着 45 米长（148 英尺）长的大学走廊。

随着以前由马里兰大学 (UMD) 的物理学家 Howard Milchberg 领导的这项最新实验的结果远低于一米，为将光限制在称为空气波导的通道中开辟了新天地。

一篇描述该研究的论文已被 Physical Review X 期刊接受，同时可以在预印本服务器 arXiv 上找到。结果可能会激发实现远程激光通信甚至先进激光武器技术的新方法。

“如果我们有更长的走廊，我们的结果表明我们可以调整激光更长的波导，”UMD 物理学家 Andrew Tartaro 说。

但我们的波导正好适合我们的走廊。”

激光可用于一系列应用，但排列整齐的相干光线 need 以某种方式集中注意力。如果任其发展，激光会发生散射，从而失去能量和效率。

其中一种聚焦技术是波导，顾名思义：它将电磁波引导到特定路径，阻止它们

光纤就是一个例子。它由一个玻璃管组成，电磁波沿着该玻璃管被引导。由于管外包层的折射率低于管中心，因此试图散射的光会折回管内，从而使光束沿管长方向保持不变。

2014 年， Milchberg 和他的同事成功地展示了他们所谓的空气波导。他们没有使用诸如管子之类的物理构造，而是使用激光脉冲来控制激光。他们发现脉冲激光会产生等离子体，加热尾流中的空气，留下一条低密度空气路径。就像迷你版的电闪雷鸣re: 膨胀的低密度空气在激光之后产生一种声音，就像微小的霹雳声，产生了所谓的灯丝。

低密度空气的折射率低于它周围的空气 – 就像光纤管周围的包层。因此，以特定配置发射这些灯丝，将激光束“笼罩”在其中心，有效地在空气中创建波导。

2014 年描述的初始实验创建了一个约 70 厘米（2.3 厘米）的空气波导英尺）长，使用四根细丝。为了扩大实验规模，他们需要更多的灯丝——以及一条更长的隧道来照亮他们的灯光，最好不需要移动他们的重型设备。因此，UMD 能源研究设施的一条长走廊经过改造，以允许激光通过实验室墙上的一个洞安全传播。

走廊入口被封锁，光亮的表面被覆盖，激光吸收窗帘被部署.

“这是一次非常独特的经历nce，”UMD 电气工程师 Andrew Goffin 说，他是该团队论文的第一作者。

“在实验室外发射激光有很多工作，当你’在实验室里——就像为眼睛安全拉上窗帘。这绝对是累人的。”

在走廊旅行后收集的光没有（left) 和（右）空气波导。（UMD 强激光物质相互作用实验室）

最后，该团队能够创建一个能够穿过 45 米走廊的波导——伴随着噼啪声、爆裂声，以及激光灯丝“闪电”产生的微小霹雳声。在空气波导的末端，中心的激光脉冲保留了大约 20% 的光，如果没有波导，这些光会丢失。

回到实验室，该团队还研究了一个更短的光, 8 米空气波导，以测量走廊中发生的过程，他们没有设备可以这样做。这些较短的测试能够保留 60% 的光线，这些光线本来会丢失。微小的雷声也很有用：波导的能量越大，爆裂声就越大。

他们的实验表明，波导非常短暂，仅持续百分之一秒。要引导以光速行进的东西，如何无论如何，时间是充足的。

研究表明可以改进的地方；例如，更高的引导效率和长度应该导致更少的光损失。该团队还想尝试不同颜色的激光和更快的灯丝脉冲速率，看看它们是否可以引导连续的激光束。

“达到 50 米尺度的空气波导实际上是在燃烧Milchberg 说。

“基于我们即将获得的新激光器，我们有办法将我们的波导延伸到一公里甚至更远。”