Các nhà nghiên cứu tại Đại học Maryland (UMD) đã trình diễn một sợi quang hoạt động liên tục làm từ không khí mỏng.
Các sợi quang phổ biến nhất là các sợi thủy tinh giữ chặt ánh sáng trên một khoảng cách dài. Tuy nhiên, những sợi quang này không thích hợp để dẫn các chùm laze công suất cực cao do thủy tinh bị hư hại và năng lượng laze bị phân tán ra khỏi sợi quang. Ngoài ra, nhu cầu về cấu trúc hỗ trợ vật lý có nghĩa là sợi thủy tinh phải được đặt lâu trước khi truyền hoặc thu tín hiệu ánh sáng.
Howard Milchberg và nhóm của ông tại Khoa Vật lý và Kỹ thuật Điện & Máy tính của UMD và Viện Nghiên cứu Điện tử & Vật lý Ứng dụng đã trình diễn một phương pháp dẫn hướng quang học vượt qua cả hai hạn chế, sử dụng các xung laze siêu ngắn phụ trợ để điêu khắc các ống dẫn sóng sợi quang trong chính không khí.
Các xung ngắn này tạo thành một vòng gồm các cấu trúc ánh sáng cường độ cao được gọi là "sợi", làm nóng các phân tử không khí để tạo thành một vòng mở rộng gồm không khí được làm nóng mật độ thấp bao quanh một vùng trung tâm không bị xáo trộn; đây chính xác là cấu trúc chiết suất của sợi quang. Với bản thân không khí là sợi quang, năng lượng trung bình rất cao có thể được dẫn hướng. Và để thu thập các tín hiệu quang học từ xa để phát hiện các chất gây ô nhiễm và nguồn phóng xạ, chẳng hạn, ống dẫn sóng không khí có thể được "không phân phối" tùy ý và hướng tới tốc độ ánh sáng theo bất kỳ hướng nào.
Trong một thí nghiệm được công bố vào tháng Giêng trên Tạp chí Vật lý X , sinh viên tốt nghiệp Andrew Goffin và các đồng nghiệp từ nhóm của Milchberg đã chỉ ra rằng kỹ thuật này có thể tạo thành các ống dẫn sóng không khí dài 50 mét tồn tại trong hàng chục mili giây cho đến khi chúng tiêu tan do làm mát bởi không khí xung quanh.
Được tạo ra chỉ bằng một watt công suất laser trung bình, các ống dẫn sóng này về mặt lý thuyết có thể dẫn hướng các chùm laser công suất trung bình megawatt, khiến chúng trở thành những ứng cử viên đặc biệt cho năng lượng định hướng. Phương pháp ống dẫn sóng có thể mở rộng trực tiếp đến 1 km và dài hơn. Tuy nhiên, tia laser tạo ra ống dẫn sóng trong công trình đó phát ra một xung cứ sau 100 mili giây (tốc độ lặp lại là 10 Hz), với khả năng tản nhiệt trong hơn 30 mili giây, để lại 70 mili giây giữa các lần bắn mà không có ống dẫn sóng không khí. Đây là một trở ngại đối với việc dẫn đường cho laser sóng liên tục hoặc thu thập tín hiệu quang học liên tục.
Trong một Bản ghi nhớ mới ở Optica , Andrew Goffin, Andrew Tartaro và Milchberg đã chỉ ra rằng bằng cách tăng tốc độ lặp lại của xung tạo ra ống dẫn sóng lên đến 1000 Hz (một xung mỗi mili giây), ống dẫn sóng không khí được duy trì liên tục bằng cách làm nóng và đào sâu ống dẫn sóng nhanh hơn không khí xung quanh có thể làm mát nó. Kết quả là một ống dẫn sóng không khí hoạt động liên tục có thể dẫn hướng một chùm tia laser sóng liên tục được đưa vào. Bởi vì ống dẫn sóng được làm sâu hơn bằng cách tạo lặp đi lặp lại, hiệu quả giam cầm ánh sáng được hướng dẫn cải thiện theo hệ số ba ở tốc độ lặp lại cao nhất.
Dẫn hướng quang học sóng liên tục cải thiện đáng kể tiện ích của ống dẫn sóng không khí: nó tăng công suất laser trung bình tối đa mà người ta có thể vận chuyển và duy trì cấu trúc dẫn hướng để sử dụng trong việc thu thập liên tục các tín hiệu quang học từ xa. Và bởi vì các ống dẫn sóng quy mô km và dài hơn sẽ rộng hơn, nên việc làm mát sẽ chậm hơn và tốc độ lặp lại dưới 1 kHz sẽ cần thiết để duy trì hướng dẫn. Yêu cầu nhẹ nhàng hơn này làm cho ống dẫn sóng không khí liên tục trên km và phạm vi dài hơn có thể dễ dàng đạt được với công nghệ laser hiện có và mức năng lượng khiêm tốn.
Goffin cho biết: “Với một hệ thống laser thích hợp để tạo ra ống dẫn sóng, việc dẫn hướng liên tục trong khoảng cách dài sẽ dễ dàng thực hiện được. “Một khi chúng tôi có được điều đó, vấn đề chỉ còn là thời gian trước khi chúng tôi truyền các chùm tia laser liên tục công suất cao và phát hiện các chất gây ô nhiễm từ xa hàng dặm.”
