Fisikawan memecahkan rekor menembakkan laser di jalur universitas mereka: ScienceAlert

Fisikawan baru saja mencetak rekor baru dengan membatasi pulsa laser pemfokusan diri ke sangkar udara, sepanjang koridor universitas sepanjang 45 meter (148 kaki).

Dengan hasil sebelumnya jauh di bawah satu meter, percobaan terbaru yang dipimpin oleh fisikawan Howard Melchberg dari University of Maryland (UMD) membuka jalan baru untuk menjebak cahaya di saluran yang dikenal sebagai pandu gelombang udara.

Sebuah makalah yang menjelaskan penelitian telah diterima ke dalam jurnal Ulasan fisik X, sebuahMereka dapat ditemukan sementara itu Di server prepress arXiv . Hasilnya dapat menginspirasi cara baru untuk mencapai komunikasi jarak jauh berbasis laser atau bahkan teknologi senjata canggih berbasis laser.

“Jika kami memiliki pintu masuk yang lebih panjang, hasil kami menunjukkan bahwa kami dapat memodifikasi laser untuk memiliki pandu gelombang yang lebih panjang,” katanya. kata fisikawan UMD Andrew Tartaro.

“Tapi kami mendapat petunjuk tepat di lobi kami.”

Laser dapat berguna untuk berbagai aplikasi, tetapi sinar cahaya yang koheren harus diatur dengan tepat Memutar dan fokus Bagaimanapun. Jika dibiarkan sendiri, laser akan menyebar, kehilangan kekuatan dan keefektifannya.

Salah satu teknik pemfokusan ini adalah pandu gelombangyang persis seperti kedengarannya: ia mengarahkan gelombang elektromagnetik ke jalur tertentu, mencegahnya berhamburan.

Serat optik adalah salah satu contohnya. Ini terdiri dari tabung kaca di mana gelombang elektromagnetik diarahkan. Karena kelongsong di sekitar bagian luar tabung memiliki indeks bias yang lebih rendah daripada bagian tengah tabung, cahaya yang mencoba menyebar malah ditekuk oleh tabung, menjaga sinar sepanjang panjangnya.

Pada tahun 2014, Milchberg dan rekannya berhasil mendemonstrasikan apa yang mereka sebut pandu gelombang atmosfer. Alih-alih menggunakan struktur fisik seperti tabung, mereka menggunakan pulsa laser untuk mensintesis sinar laser mereka. Mereka menemukan bahwa laser berdenyut menghasilkan plasma yang memanaskan udara di belakangnya, meninggalkan jejak udara dengan kepadatan rendah. Itu seperti Petir Dan guntur dalam miniatur: Memperluas suara udara dengan kepadatan rendah seperti petir kecil yang mengikuti laser, menciptakan apa yang dikenal sebagai filamen.

Udara yang kurang padat memiliki indeks refraksi yang lebih rendah daripada udara di sekitarnya – seperti kelongsong di sekitar tabung serat optik. Jadi menembakkan filamen ini dalam konfigurasi khusus yang “menjebak” sinar laser di tengahnya secara efektif menciptakan pandu gelombang dari udara.

Eksperimen awal Dijelaskan pada tahun 2014 Buat pandu gelombang antena dengan panjang sekitar 70 cm (2,3 kaki) menggunakan empat filamen. Untuk menskalakan eksperimen, mereka membutuhkan lebih banyak petunjuk—dan terowongan yang jauh lebih panjang untuk menyalakan lampu, sebaiknya tanpa harus memindahkan alat berat mereka. Oleh karena itu, koridor panjang di fasilitas penelitian energi UMD dimodifikasi untuk memungkinkan difusi aman dari laser yang dipancarkan melalui lubang di dinding laboratorium.

Titik masuk koridor diblokir, permukaan mengkilap ditutup, dan tirai penyerap laser dipasang.

“Itu adalah pengalaman yang sangat unik.” kata insinyur listrik Andrew Goffin UMDpenulis pertama di makalah tim.

“Ada banyak pekerjaan pencitraan laser yang dilakukan di luar lab yang tidak harus Anda tangani saat berada di lab – seperti memasang tirai untuk keamanan mata. Itu benar-benar membuat stres.”

Akhirnya, tim mampu membuat pandu gelombang yang mampu melintasi koridor sepanjang 45 meter — disertai dengan suara berderak dan letupan, serta petir kecil yang dihasilkan oleh filamen “petir” laser. Di ujung pandu gelombang udara, pulsa laser di tengah mempertahankan sekitar 20 persen cahaya yang seharusnya hilang tanpa pandu gelombang.

Kembali ke lab, tim juga mempelajari pandu gelombang pneumatik 8 meter yang lebih pendek, untuk mengukur proses yang terjadi di atrium, karena mereka tidak memiliki peralatan untuk melakukannya. Tes yang lebih pendek ini mampu mempertahankan 60 persen cahaya yang seharusnya hilang. Petir kecil juga berguna: semakin aktif pandu gelombang, semakin keras letupannya.

Eksperimen mereka mengungkapkan bahwa pandu gelombang sangat singkat, hanya berlangsung ratusan milidetik. Namun, untuk menyalurkan sesuatu yang bergerak dengan kecepatan cahaya, waktu itu sangat banyak.

Penelitian menunjukkan di mana perbaikan dapat dilakukan; Misalnya, efisiensi dan panjang penunjuk yang lebih tinggi akan menghasilkan lebih sedikit kehilangan cahaya. Tim juga ingin bereksperimen dengan berbagai warna sinar laser, dan denyut nadi filamen yang lebih cepat, untuk melihat apakah mereka dapat mengarahkan sinar laser terus menerus.

“Jangkauan Pengukur 50 Meter untuk Panduan Gelombang Udara Secara harfiah Membuka Jalur untuk Panduan Gelombang yang Lebih Panjang dan Banyak Aplikasi,” kata Milchberg.

“Berdasarkan laser baru yang akan segera kami miliki, kami memiliki resep untuk memperluas panduan kami hingga satu kilometer dan seterusnya.”

Pencarian diterima * Tinjauan Fisikdan tersedia di arXiv.