Un laser lansat pe coridorul unei universități a doborât un record uimitor

Fizicienii tocmai au creat laserul record limitând un impuls laser auto-focalizat, pe lungimea unui coridor universitar de 45 de metri.

Rezultatele anterioare fiind cu mult sub un metru, acest nou experiment, condus de fizicianul Howard Milchberg, de la Universitatea din Maryland (UMD), SUA, deschide noi soluții pentru limitarea luminii la canalele cunoscute sub numele de ghiduri de undă ale aerului.

• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee
• De ce ne curge nasul de la mâncarea picantă?

O lucrare care descrie cercetarea a fost acceptată în revista Physical Review X și poate fi găsită între timp pe serverul de preprint ArXiv.

La ce folosește laserul record creat de fizicieni?

Laserul record ar putea inspira noi moduri de a realiza comunicații cu laser cu rază lungă de acțiune sau chiar tehnologie avansată de arme bazate pe laser.

„Dacă am fi avut un hol mai lung, rezultatele noastre arată că am fi putut ajusta laserul pentru un ghid de undă mai lung. Dar ajustat ghidul pentru holul pe care îl avem”, spune fizicianul Andrew Tartaro, de la UMD.

Laserele pot fi utile pentru o gamă largă de aplicații, dar razele coerente de lumină bine aranjate trebuie să fie îngrădite și focalizate într-un fel. Lăsat la voia întâmplării, un laser se va împrăștia, pierzându-și puterea și eficacitatea, scrie Science Alert.

O astfel de tehnică de focalizare este ghidul de undă și este exact ceea ce spune și numele său: ghidează undele electromagnetice pe o anumită cale, prevenind împrăștierea lor.

Fibra optică este un exemplu. Aceasta constă dintr-un tub de sticlă de-a lungul căruia sunt direcționate undele electromagnetice. Deoarece învelișul din jurul exteriorului tubului are un indice de refracție mai mic decât centrul tubului, lumina care încearcă să se împrăștie se reflectă înapoi în tub, menținând fasciculul pe lungimea tubului.

Începuturile acestui studiu

În 2014, Milchberg și colegii săi au demonstrat cu succes ceea ce au numit un ghid de undă aerian. În loc să folosească o construcție fizică, cum ar fi un tub, ei au folosit impulsuri laser pentru a ghida lumina laser. Ei au descoperit că laserul pulsat creează o plasmă care încălzește aerul în urma sa, lăsând în urmă o cale de aer cu densitate mai mică.

Este ca fulgerul și tunetul în miniatură: aerul cu densitate mai mică în expansiune creează un sunet asemănător unui mic tunet în urma laserului, creând ceea ce este cunoscut sub numele de filament.

Aerul cu densitate mai mică are un indice de refracție mai mic decât aerul din jurul său, la fel ca învelișul din jurul unui tub de fibră optică. Prin urmare, tragerea acestor filamente într-o configurație specifică care „îngrămădește” un fascicul laser în centrul lor creează efectiv un ghid de undă din aer.

Experimentele inițiale descrise în 2014 au creat un ghid de undă de aer de aproximativ 70 de centimetri lungime, folosind patru filamente. Pentru a extinde experimentul, era nevoie de mai multe filamente și de un tunel mult mai lung, de preferat unul care să nu necesite mutarea echipamentului greu. Prin urmare, un coridor lung de la Centrul de Cercetare Energetică al UMD a fost modificat pentru a permite ca laserul record să se propage în siguranță printr-o gaură din peretele laboratorului.

Pregătirea pentru laserul record

Punctele de intrare în coridor au fost blocate, suprafețele strălucitoare acoperite, iar perdele care absorb laser au fost desfășurate.

„A fost o experiență cu adevărat unică. Există multă muncă în a „trage” cu lasere în afara laboratorului, cu care nu trebuie să te confrunți atunci când ești în laborator: cum ar fi așezarea draperiilor pentru siguranța ochilor. A fost cu siguranță obositor”, spune inginerul Andrew Goffin, prim autor al lucrării.

În cele din urmă, echipa a reușit să creeze un ghid de undă capabil să traverseze un coridor de 45 de metri, însoțit de micile tunete create de „fulgerul” filamentului laser. La sfârșitul ghidului de undă de aer, pulsul laser din centru reținuse aproximativ 20% din lumină, care altfel s-ar fi pierdut.

Înapoi în laborator, echipa a studiat și un ghid de undă de aer mai scurt, de 8 metri, pentru a face măsurători ale proceselor care au avut loc pe hol, unde nu aveau echipament pentru a face acest lucru. Aceste teste mai scurte au putut reține 60% din lumina care s-ar fi pierdut. Micile tunete au fost de asemenea utile: cu cât laserul record era mai energic, cu atât sunetul era mai puternic.

Experimentele au dezvăluit că ghidul de undă este extrem de trecător, durează doar câteva sutimi de secundă. Pentru a ghida ceva care se deplasează cu viteza luminii, totuși, acest timp este suficient.

O tehnologie abia la început

Cercetarea sugerează unde pot fi aduse îmbunătățiri; de exemplu, o eficiență mai mare de ghidare și lungime ar trebui să aibă ca rezultat și mai puțină pierdere de lumină. Echipa dorește, de asemenea, să încerce diferite culori de lumină laser și o rată a pulsului de filament mai rapidă, pentru a vedea dacă pot ghida un fascicul laser continuu.

„Atingerea unei distanțe de 50 de metri pentru ghidurile de undă de aer deschide calea pentru ghiduri de undă și mai lungi și multe aplicații”, spune Milchberg.

„Pe baza noilor lasere pe care urmează să le obținem în curând, avem rețeta de a ne extinde ghidurile la un kilometru și chiar mai mult”, spune el.

Vă recomandăm să citiți și:

A fost creată perna care reduce sforăitul. Cum funcționează?

Inginerii experimentează cu baterii făcute din deșeuri lemnoase

De ce era betonul roman atât de durabil? Cercetătorii au descifrat misterul

O țară va încerca tratamentul cu fascicule de protoni împotriva cancerului de sân