Инженеры из Университета Мэриленда использовали разреженный воздух в качестве оптического «кабеля» для передачи сверхмощных лазерных лучей. Масштабирование технологии позволит обеспечить непрерывную передачу воздушных волн на километры и более дальние расстояния с помощью существующей лазерной технологии и доступной мощности установки.
Наиболее распространенные оптические волокна представляют собой стеклянные нити, которые плотно удерживают свет на больших расстояниях. Но такие структуры плохо подходят для направления сверхмощных лазерных лучей: они повреждают повреждения стекло и приводят к рассеянию энергии из волокна.
Инженеры продемонстрировали метод оптического наведения, который использует вспомогательные ультракороткие лазерные импульсы для создания волоконно-оптических волноводов в самом воздухе. Эти короткие импульсы образуют кольцо высокоинтенсивных световых структур, называемых «нитями», которые нагревают молекулы воздуха, образуя расширенное кольцо с низкой плотностью, окружающее центральную невозмущенную область.
В исследовании, опубликованном в январе этого года, физики показали, что с помощью этого метода можно формировать волноводы длиной 50 м, которые существуют в течение десятков миллисекунд, пока не рассеются из-за охлаждения окружающим воздухом. В новом исследовании они модифицировали технологию, чтобы поддерживать непрерывное существование оптического воздушного волновода.
Лазерный луч, распространяющийся в воздухе (слева), и передаваемый по оптическому воздушному волноводу, созданному лазером с частотой 10 Гц (в центре) и 1 000 Гц (справа). Изображение: University of Maryland
В предыдущем эксперименте исследователи использовали лазер, который испускал импульс каждые 100 мс (частота — 10 Гц). В новом исследовании ученые увеличили частоту импульсов до 1000 Гц. Это формирует воздушный волновод, поддерживающийся за счет нагрева, который происходит быстрее, чем окружающий воздух может его охладить. В результате получается непрерывно работающее оптоволокно, которое может направлять инжектированный непрерывный лазерный луч. Исследователи отмечают, что технологию легко масштабировать для передачи сигнала на расстояние 1 км и более.
Используя воздух в качестве волокна можно управлять очень высокими средними мощностями лазерного излучения, добавляют авторы работы. Его можно использовать для сбора дистанционных оптических сигналов, обнаружения загрязнений и радиоактивных источников. При этом такой волновод не требует предварительного прокладывания кабеля в определенном направлении, а может быть «развернут» в любом направлении.
