Дослідники продемонстрували оптичне волокно з розрідженого повітря, яке безперервно працює і підійде для передачі надпотужних лазерних променів.
Інженери з Університету Мериленду використовували розріджене повітря в якості оптичного «кабелю» для передачі надпотужних лазерних променів. Масштабування технології дозволить забезпечити безперервну передачу повітряних хвиль на кілометри і більш далекі відстані за допомогою існуючої лазерної технології і доступною потужності установки.
Найбільш поширені оптичні волокна є скляні нитки, які щільно утримують світло на великих відстанях. Але такі структури погано підходять для направлення надпотужних лазерних променів: вони пошкоджують скло і призводять до розсіювання енергії з волокна.
Інженери продемонстрували метод оптичного наведення, який використовує допоміжні ультракороткі лазерні імпульси для створення волоконно-оптичних хвилеводів в самому повітрі. Ці короткі імпульси утворюють кільце високоінтенсивних світлових структур, званих «нитками», які нагрівають молекули повітря, утворюючи розширене кільце з низькою щільністю, що оточує центральну область.
У дослідженні, опублікованому в січні цього року, фізики показали, що за допомогою цього методу можна формувати хвилеводи довжиною 50 м, які існують протягом десятків мілісекунд, поки не розсіються через охолодження навколишнім повітрям. У новому дослідженні вони модифікували технологію, щоб підтримувати безперервне існування оптичного повітряного хвилеводу.
Лазерний промінь, що поширюється в повітрі (зліва), і передається по оптичному повітряному хвилеводу, створеному лазером з частотою 10 Гц (в центрі) і 1 000 Гц (справа). Зображення: University of Maryland
У попередньому експерименті дослідники використовували лазер, який випускав імпульс кожні 100 мс (частота — 10 Гц). У новому дослідженні вчені збільшили частоту імпульсів до 1000 Гц. Це формує повітряний хвилевід, який підтримується завдяки нагріву, який відбувається швидше, ніж навколишнє повітря може його охолодити. В результаті виходить безперервно працююче оптоволокно, яке може направляти інжектований безперервний лазерний промінь. Дослідники відзначають, що технологію легко масштабувати для передачі сигналу на відстань 1 км і більше.
Використовуючи повітря в якості волокна можна управляти дуже високими середніми потужностями лазерного випромінювання, додають автори роботи. Його можна використовувати для збору дистанційних оптичних сигналів, виявлення забруднень і радіоактивних джерел. При цьому такий хвилевід не вимагає попереднього прокладання кабелю в певному напрямку, а може бути «розгорнутий» в будь-якому напрямку.