I fisici battono il record per sparare laser nella loro corsia universitaria: ScienceAlert

I fisici hanno appena stabilito un nuovo record confinando un impulso laser auto-focalizzante in una gabbia d’aria, lungo un corridoio universitario lungo 45 metri.

Con risultati precedenti ben al di sotto di un metro, questo ultimo esperimento condotto dal fisico Howard Melchberg dell’Università del Maryland (UMD) apre nuovi orizzonti per intrappolare la luce in canali noti come guide d’onda atmosferiche.

Un documento che descrive la ricerca è stato accettato nella rivista X revisione fisica, unSi possono trovare nel frattempo Sul server di prestampa arXiv . I risultati potrebbero ispirare nuovi modi per ottenere comunicazioni a lungo raggio basate su laser o persino una tecnologia avanzata per armi basate su laser.

“Se avessimo avuto un ingresso più lungo, i nostri risultati mostrano che avremmo potuto modificare il laser per avere una guida d’onda più lunga”, dice. afferma il fisico dell’UMD Andrew Tartaro.

“Ma abbiamo avuto il nostro indizio proprio nella nostra hall.”

I laser possono essere utili per una vasta gamma di applicazioni, ma i raggi di luce coerenti devono essere disposti con precisione Contorto e concentrato In qualche modo. Lasciato a se stesso, il laser si disperderà, perdendo potenza ed efficacia.

Una di queste tecniche di messa a fuoco è guida d’ondache è esattamente quello che sembra: dirige le onde elettromagnetiche in un percorso specifico, impedendo loro di disperdersi.

Fibra ottica è un esempio. Questo è costituito da un tubo di vetro lungo il quale vengono dirette le onde elettromagnetiche. Poiché il rivestimento attorno all’esterno del tubo ha un indice di rifrazione inferiore rispetto al centro del tubo, la luce che cerca di disperdersi viene invece piegata dal tubo, mantenendo il raggio lungo la sua lunghezza.

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Nel 2014, Milchberg e i suoi colleghi hanno dimostrato con successo quelle che chiamano guide d’onda atmosferiche. Invece di usare una struttura fisica come un tubo, hanno usato impulsi laser per sintetizzare la loro luce laser. Hanno scoperto che il laser pulsato produce plasma che riscalda l’aria al suo passaggio, lasciando dietro di sé una scia di aria a bassa densità. È come Fulmine E tuoni in miniatura: l’aria a bassa densità in espansione suona come piccoli tuoni che seguono il laser, creando ciò che è noto come filamento.

L’aria meno densa ha un indice di rifrazione inferiore rispetto all’aria che la circonda: tale è il rivestimento attorno a un tubo in fibra ottica. Quindi sparare a questi filamenti in una configurazione specifica che “intrappola” il raggio laser al suo centro crea effettivamente una guida d’onda fuori dall’aria.

Esperimenti preliminari Descritto nel 2014 Creare una guida d’onda dell’antenna lunga circa 70 cm (2,3 piedi) utilizzando quattro filamenti. Per ridimensionare l’esperimento, avevano bisogno di più cavi e di un tunnel molto più lungo per accendere le luci, preferibilmente senza dover spostare la loro attrezzatura pesante. Pertanto, un lungo corridoio presso la struttura di ricerca energetica dell’UMD è stato modificato per consentire una diffusione sicura del laser emesso attraverso un foro nel muro del laboratorio.

I punti di ingresso del corridoio sono bloccati, le superfici lucide sono coperte e le tende assorbenti laser sono dispiegate.

“È stata un’esperienza davvero unica.” L’ingegnere elettrico UMD Andrew Goffin diceprimo autore del paper del team.

“C’è molto lavoro che va nell’imaging laser al di fuori del laboratorio che non devi affrontare quando sei in laboratorio, come mettere i ciechi per la sicurezza degli occhi. È stato decisamente stressante.”

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La luce è stata raccolta dopo il suo volo nell’atrio senza (a sinistra) e con (a destra) una guida d’onda atmosferica. (Laboratorio di interazioni intensificate con laser, UMD)

Infine, il team è stato in grado di creare una guida d’onda in grado di attraversare un corridoio di 45 metri, accompagnata da scoppiettii e crepitii e dal minuscolo rombo di tuono prodotto dai filamenti del “fulmine” del laser. Alla fine della guida d’onda d’aria, l’impulso laser al centro ha trattenuto circa il 20 percento della luce che altrimenti sarebbe andata persa senza la guida d’onda.

Tornati in laboratorio, il team ha anche studiato una guida d’onda pneumatica più corta di 8 metri, per effettuare misurazioni dei processi che si sono verificati nell’atrio, poiché non disponeva dell’attrezzatura per farlo. Questi test più brevi sono stati in grado di trattenere il 60 percento della luce che altrimenti sarebbe andata persa. Anche i piccoli tuoni erano utili: più attiva era la guida d’onda, più forte era il pop.

I loro esperimenti hanno rivelato che le guide d’onda sono estremamente effimere e durano solo centinaia di millisecondi. Per incanalare qualcosa che viaggia alla velocità della luce, però, quel tempo è abbondante.

La ricerca suggerisce dove possono essere apportati miglioramenti; Ad esempio, una maggiore efficienza di puntamento e una maggiore lunghezza dovrebbero comportare una minore perdita di luce. Il team vuole anche sperimentare diversi colori di luce laser e una frequenza di impulso del filamento più veloce, per vedere se possono dirigere un raggio laser continuo.

“La portata di 50 metri per le guide Airwave apre letteralmente la strada a guide d’onda più lunghe e molte applicazioni” dice Milchberg.

“Sulla base dei nuovi laser che avremo presto, abbiamo la ricetta per estendere le nostre guide a un chilometro e oltre.”

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Ricerca accettata X revisione fisicaed è disponibile su arXiv.

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