Físicos rompen récord por disparar láseres en su calle universitaria: ScienceAlert

Los físicos acaban de establecer un nuevo récord al confinar un pulso láser de enfoque automático en una jaula de aire, a lo largo de un corredor universitario de 45 metros (148 pies) de largo.

Con resultados anteriores muy por debajo de un metro, este último experimento dirigido por el físico Howard Melchberg de la Universidad de Maryland (UMD) abre nuevos caminos para atrapar la luz en canales conocidos como guías de ondas de aire.

Un artículo que describe la investigación ha sido aceptado en la revista. X revisión física, aSe pueden encontrar mientras tanto En el servidor de preimpresión arXiv . Los resultados podrían inspirar nuevas formas de lograr comunicaciones de largo alcance basadas en láser o incluso tecnología avanzada de armas basadas en láser.

«Si tuviéramos una entrada más larga, nuestros resultados muestran que podríamos haber modificado el láser para tener una guía de ondas más larga», dice. dice el físico de la UMD Andrew Tartaro.

«Pero tenemos nuestra pista justo en nuestro vestíbulo».

Los láseres pueden ser útiles para una variedad de aplicaciones, pero los rayos de luz coherentes deben organizarse con precisión Retorcido y enfocado De alguna manera. Si se lo deja solo, el láser se dispersará, perdiendo su poder y efectividad.

Una de estas técnicas de enfoque es guiaondasque es exactamente como suena: dirige las ondas electromagnéticas en un camino específico, evitando que se dispersen.

Fibra óptica es un ejemplo. Este consiste en un tubo de vidrio a lo largo del cual se dirigen las ondas electromagnéticas. Debido a que el revestimiento alrededor del exterior del tubo tiene un índice de refracción más bajo que el centro del tubo, la luz que intenta dispersarse es doblada por el tubo, manteniendo el haz a lo largo de su longitud.

En 2014, Milchberg y sus colegas demostraron con éxito lo que llaman guías de ondas atmosféricas. En lugar de usar una estructura física como un tubo, usaron pulsos de láser para sintetizar su luz láser. Descubrieron que el láser pulsado produce plasma que calienta el aire a su paso, dejando atrás un rastro de aire de baja densidad. Es como Iluminación Y truenos en miniatura: el aire de baja densidad en expansión suena como pequeños truenos que siguen al láser, creando lo que se conoce como filamento.

El aire menos denso tiene un índice de refracción más bajo que el aire que lo rodea, tal es el revestimiento que rodea un tubo de fibra óptica. Entonces, disparar estos filamentos en una configuración específica que «atrapa» el rayo láser en su centro crea efectivamente una guía de ondas del aire.

Experimentos preliminares Descrito en 2014 Cree una guía de ondas de antena de unos 70 cm (2,3 pies) de largo con cuatro filamentos. Para escalar el experimento, necesitaban más pistas y un túnel mucho más largo para encender las luces, preferiblemente sin tener que mover su equipo pesado. Por lo tanto, se modificó un largo corredor en las instalaciones de investigación de energía de la UMD para permitir la difusión segura del láser emitido a través de un agujero en la pared del laboratorio.

Se bloquean los puntos de entrada de los corredores, se cubren las superficies brillantes y se despliegan cortinas absorbentes de láser.

«Fue una experiencia realmente única». dice el ingeniero eléctrico Andrew Goffin UMDprimer autor del artículo del equipo.

«Hay una gran cantidad de trabajo de imágenes láser que se realiza fuera del laboratorio con el que no tiene que lidiar cuando está en el laboratorio, como colocar persianas para la seguridad de los ojos. Definitivamente fue estresante».

Finalmente, el equipo pudo crear una guía de ondas capaz de atravesar un corredor de 45 metros, acompañada de crujidos y estallidos, y el pequeño trueno producido por los filamentos de «relámpagos» del láser. Al final de la guía de ondas de aire, el pulso láser en el centro retuvo alrededor del 20 por ciento de la luz que de otro modo se habría perdido sin la guía de ondas.

De vuelta en el laboratorio, el equipo también estudió una guía de ondas neumática más corta de 8 metros para tomar medidas de los procesos que ocurrían en el atrio, ya que no tenían el equipo para hacerlo. Estas pruebas más cortas pudieron retener el 60 por ciento de la luz que de otro modo se perdería. Los pequeños truenos también fueron útiles: cuanto más activa era la guía de ondas, más fuerte era el estallido.

Sus experimentos revelaron que las guías de ondas son extremadamente efímeras y duran solo cientos de milisegundos. Sin embargo, para canalizar algo que viaja a la velocidad de la luz, ese tiempo es abundante.

La investigación sugiere dónde se pueden realizar mejoras; Por ejemplo, una mayor eficiencia y longitud de puntería deberían dar como resultado una menor pérdida de luz. El equipo también quiere experimentar con diferentes colores de luz láser y una frecuencia de pulso de filamento más rápida, para ver si pueden dirigir un rayo láser continuo.

“El alcance de calibre de 50 metros para guías de ondas de aire literalmente abre el camino para guías de ondas más largas y muchas aplicaciones” dice milchberg.

«Basándonos en los nuevos láseres que tendremos pronto, tenemos la receta para extender nuestras guías a un kilómetro y más».

Búsqueda aceptada X revisión físicay está disponible en arXiv.