2月 3, 2023

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物理学者が大学のレーンでレーザー発射の記録を破る: ScienceAlert

物理学者は、長さ 45 メートル (148 フィート) の大学の廊下に沿って、空気のケージに自己集束レーザー パルスを閉じ込めることで、新記録を樹立しました。

メリーランド大学 (UMD) の物理学者 Howard Melchberg が率いるこの最新の実験は、以前の結果が 1 メートルをはるかに下回り、大気導波管として知られるチャネルに光を閉じ込めるための新境地を開拓しました。

研究内容を説明した論文がジャーナルに受理されました X フィジカルレビュー、 aそれらはその間に見つけることができます arXivプリプレスサーバー上 . この結果は、レーザーベースの長距離通信や、さらにはレーザーベースの高度な兵器技術を達成するための新しい方法を刺激する可能性があります。

「より長い入口があれば、我々の結果は、より長い導波路を持つようにレーザーを修正できたことを示しています」と彼は言います。 UMDの物理学者、アンドリュー・タルタロ氏は次のように述べています。.

「しかし、私たちはロビーで手がかりを得ました。」

レーザーはさまざまな用途に役立ちますが、コヒーレントな光線を正確に配置する必要があります ひねりと集中 どうにか。 そのままにしておくと、レーザーは散乱し、そのパワーと有効性が失われます。

これらの焦点合わせテクニックの 1 つは、 導波管、まさにそのように聞こえます。電磁波を特定の経路に向け、散乱を防ぎます。

光ファイバ は一例です。 これは、電磁波がそれに沿って導かれるガラス管で構成されています。 チューブの外側のクラッドの屈折率はチューブの中心よりも低いため、散乱しようとする光は代わりにチューブによって曲げられ、ビームはその長さに沿って維持されます。

2014 年、Milchberg と彼の同僚は、大気導波管と呼ばれるものの実証に成功しました。 チューブのような物理的な構造を使用する代わりに、レーザーパルスを使用してレーザー光を合成しました。 彼らは、パルスレーザーがプラズマを生成し、そのプラズマがその後に空気を加熱し、低密度の空気の跡を残すことを発見しました。 みたいな ミニチュアの雷鳴: 低密度の空気の拡大は、レーザーに続く小さな雷鳴のように聞こえ、フィラメントとして知られるものを作成します。

密度の低い空気は、その周囲の空気よりも屈折率が低くなります。これは、光ファイバー チューブの周囲のクラッドです。 そのため、レーザービームをその中心に「閉じ込める」特定の構成でこれらのフィラメントを発射すると、空気から導波路が効果的に作成されます。

予備実験 2014年に記載 4 つのフィラメントを使用して、長さ約 70 cm (2.3 フィート) のアンテナ導波管を作成します。 実験の規模を拡大するには、より多くの手がかりが必要でした。また、できれば重機を動かさなくてもよいように、ライトを点灯させるためにはるかに長いトンネルを下る必要がありました。 したがって、UMD のエネルギー研究施設の長い廊下は、実験室の壁の穴を通して放出されたレーザーが安全に拡散できるように変更されました。

廊下の入り口が塞がれ、光沢のある表面が覆われ、レーザー吸収カーテンが展開されます。

「本当にユニークな体験でした。」 UMD の電気技師アンドリュー・ゴフィンは次のように述べています。、チーム論文の筆頭著者。

「目の安全のためにブラインドを設置するなど、研究室にいるときには対処する必要のない、研究室の外でのレーザー イメージングに関する多くの作業があります。それは間違いなくストレスの多いものでした。」

光は、大気中の導波管なし (左) とあり (右) のアトリウムでの飛行後に収集されました。 (レーザー増強相互作用研究室、UMD)

最後に、チームは 45 メートルの回廊を横断できる導波管を作成することができました。これには、パチパチという音とポンという音、およびレーザーの「稲妻」フィラメントによって生成される小さな雷鳴が伴います。 空気導波路の端では、中央のレーザー パルスが約 20% の光を保持していました。

ラボに戻ったチームは、アトリウムで発生したプロセスを測定するための機器を持っていなかったため、より短い 8 メートルの空気導波管も研究しました。 これらの短いテストでは、失われる光の 60% を保持することができました。 小さな雷鳴も役に立ちました。ウェーブガイドがアクティブであるほど、ポップ音が大きくなります。

彼らの実験により、導波管は非常に短命であり、数百ミリ秒しか持続しないことが明らかになりました。 しかし、光速で移動する何かをチャネリングするには、その時間は十分にあります。

この研究は、どこを改善できるかを示唆しています。 たとえば、ポインティング効率と長さが高いほど、光の損失が少なくなります。 チームはまた、さまざまな色のレーザー光と、より速いフィラメント パルス レートを試して、連続レーザー ビームを向けることができるかどうかを確認したいと考えています。

「エアウェイブ ガイドの 50 メートル ゲージ リーチは、文字通り、より長いウェーブガイドと多くのアプリケーションへの道を開きます。」 ミルチバーグは言う.

「間もなく導入される新しいレーザーに基づいて、ガイドを 1 キロメートル以上に拡張するためのレシピができました。」

検索可 X フィジカルレビューで入手できます。 arXiv.

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