物理学家刚刚创造了一项新纪录，将自聚焦激光脉冲限制在空气笼中，沿着 45 米长（148 英尺长）的大学走廊。
之前的结果远远低于一米，由马里兰大学 (UMD) 物理学家霍华德·米尔奇伯格 (Howard Milchberg) 领导的这项最新实验开辟了将光限制在空气波导通道的新领域。
一篇描述该研究的论文已被该杂志接受物理评论X，A同时可以找到在预印本服务器 arXiv 上 。研究结果可能会激发实现远程激光通信甚至先进激光武器技术的新方法。
“如果我们有更长的走廊，我们的结果表明我们可以调整激光器以获得更长的波导，”马里兰大学物理学家安德鲁·塔塔罗说。
“但我们的导游正好适合我们的走廊。”
激光可用于一系列应用，但整齐排列的光的相干光线需要被某种程度上来说。 如果任其自行发展，激光将会发生散射，从而失去功率和有效性。
一种这样的聚焦技术是波导，正如它听起来的那样：它将电磁波引导到特定的路径，防止它们散射。
光纤就是一个例子。 它由一根玻璃管组成，电磁波沿着玻璃管传播。 由于管外侧的包层的折射率低于管中心的折射率，因此试图散射的光会弯曲回管内，从而使光束沿其长度方向保持不变。
2014 年，米尔奇伯格和他的同事成功演示了他们所谓的空气波导。 他们没有使用管子等物理结构，而是使用激光脉冲来限制激光。 他们发现脉冲激光产生等离子体，加热其尾流中的空气，留下一条低密度空气路径。 就像是以及微型雷声：膨胀的低密度空气在激光照射下产生类似微小雷声的声音，形成所谓的细丝。
密度较低的空气的折射率比周围空气的折射率低 ? 就像光纤管周围的包层一样。 因此，以特定的配置发射这些灯丝，将激光束“囚禁”在其中心，有效地在空气中形成波导。
最初的实验2014年描述使用四根细丝创建了约 70 厘米（2.3 英尺）长的空气波导。 为了扩大实验规模，他们需要更多的细丝？ 还有一条更长的隧道，可以在其中照射灯光，最好不必移动重型设备。 因此，马里兰大学能源研究设施的一条长走廊被改造，以允许激光束通过实验室墙上的一个洞安全传播。
走廊入口被封锁，闪亮的表面被覆盖，激光吸收窗帘被部署。
“这真是一次独特的经历，”UMD 电气工程师 Andrew Goffin 说道，该团队论文的第一作者。
“在实验室外发射激光需要做很多工作，而在实验室里就不需要做这些工作，比如为了眼睛安全而拉上窗帘。这绝对很累。”
最终，该团队能够制造出能够穿越 45 米走廊的波导？ 伴随着噼啪声、爆裂声，还有由激光灯丝“闪电”产生的微小雷声。 在空气波导的末端，中心的激光脉冲保留了大约 20% 的光，否则如果没有波导，这些光就会损失。
回到实验室后，该团队还研究了较短的 8 米空气波导，以测量走廊中发生的过程，但他们没有设备来测量走廊中发生的过程。 这些较短的测试能够保留 60% 可能会损失的光线。 微小的雷声也很有用：波导的能量越大，爆裂声就越大。
他们的实验表明，波导极其短暂，仅持续百分之一秒。 然而，要引导以光速行进的物体，时间是充足的。
研究表明可以在哪些方面进行改进； 例如，更高的引导效率和长度应该会导致更少的光损失。 该团队还想尝试不同颜色的激光和更快的灯丝脉冲速率，看看它们是否可以引导连续的激光束。
“达到 50 米尺度的空气波导实际上为更长的波导和许多应用开辟了道路，”米尔奇伯格 说。
“基于我们即将获得的新激光器，我们有办法将我们的指南扩展到一公里甚至更远。”
该研究已被接受物理评论X，并且可以在arXiv。
