fevereiro 5, 2023

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Físicos quebram o recorde de disparo de lasers em sua universidade: ScienceAlert

Os físicos acabaram de estabelecer um novo recorde ao confinar um pulso de laser autofocalizador em uma gaiola de ar, ao longo de um corredor universitário de 45 metros (148 pés).

Com resultados anteriores bem abaixo de um metro, este último experimento liderado pelo físico Howard Melchberg, da Universidade de Maryland (UMD), abre novos caminhos para capturar a luz em canais conhecidos como guias de ondas atmosféricas.

Um artigo descrevendo a pesquisa foi aceito na revista X revisão física, umaEles podem ser encontrados nesse meio tempo No servidor de pré-impressão arXiv . Os resultados podem inspirar novas maneiras de alcançar comunicações de longo alcance baseadas em laser ou até mesmo tecnologia avançada de armas baseadas em laser.

“Se tivéssemos uma entrada mais longa, nossos resultados mostram que poderíamos ter modificado o laser para ter um guia de onda mais longo”, diz ele. diz o físico da UMD, Andrew Tartaro.

“Mas temos nossa pista bem no nosso saguão.”

Os lasers podem ser úteis para uma variedade de aplicações, mas os raios de luz coerentes devem ser organizados com precisão Torcido e focado De alguma maneira. Deixado por conta própria, o laser se espalhará, perdendo seu poder e eficácia.

Uma dessas técnicas de focalização é guia de ondaque é exatamente o que parece: direciona as ondas eletromagnéticas para um caminho específico, evitando que se espalhem.

Fibra ótica é um exemplo. Este consiste em um tubo de vidro ao longo do qual as ondas eletromagnéticas são direcionadas. Como o revestimento externo do tubo tem um índice de refração menor do que o centro do tubo, a luz que tenta se espalhar é dobrada pelo tubo, mantendo o feixe ao longo de seu comprimento.

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Em 2014, Milchberg e seus colegas demonstraram com sucesso o que chamam de guias de ondas atmosféricas. Em vez de usar uma estrutura física como um tubo, eles usaram pulsos de laser para sintetizar a luz do laser. Eles descobriram que o laser pulsado produz plasma que aquece o ar em seu rastro, deixando um rastro de ar de baixa densidade para trás. É como Relâmpago E o trovão em miniatura: a expansão do ar de baixa densidade soa como minúsculos trovões que seguem o laser, criando o que é conhecido como filamento.

O ar menos denso tem um índice de refração menor do que o ar ao seu redor – assim é o revestimento ao redor de um tubo de fibra óptica. Então, disparar esses filamentos em uma configuração específica que “aprisiona” o feixe de laser em seu centro cria efetivamente um guia de onda no ar.

experimentos preliminares Descrito em 2014 Crie um guia de ondas de antena com cerca de 70 cm (2,3 pés) de comprimento usando quatro filamentos. Para dimensionar o experimento, eles precisavam de mais pistas – e um túnel muito mais longo para acender as luzes, de preferência sem ter que mover seu equipamento pesado. Assim, um longo corredor nas instalações de pesquisa de energia da UMD foi modificado para permitir a difusão segura do laser emitido através de um orifício na parede do laboratório.

Os pontos de entrada do corredor são bloqueados, as superfícies brilhantes são cobertas e as cortinas absorventes de laser são implantadas.

“Foi uma experiência realmente única.” O engenheiro elétrico da UMD, Andrew Goffin, dizprimeiro autor do artigo da equipe.

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“Há muito trabalho envolvido na geração de imagens a laser fora do laboratório com o qual você não precisa lidar quando está no laboratório – como colocar persianas para proteger os olhos. Foi definitivamente estressante.”

A luz foi coletada após seu voo no átrio sem (esquerda) e com (direita) um guia de onda atmosférico. (Laser Intensified Interactions Laboratory, UMD)

Finalmente, a equipe foi capaz de criar um guia de ondas capaz de atravessar um corredor de 45 metros – acompanhado por estalos e estalos, e o minúsculo trovão produzido pelos filamentos de “relâmpago” do laser. No final do guia de ondas de ar, o pulso de laser no centro reteve cerca de 20% da luz que, de outra forma, teria sido perdida sem o guia de ondas.

De volta ao laboratório, a equipe também estudou um guia de ondas pneumático de 8 metros, mais curto, para fazer medições de processos que ocorreram no átrio, pois não tinham equipamento para isso. Esses testes mais curtos foram capazes de reter 60% da luz que, de outra forma, seria perdida. Pequenos trovões também foram úteis: quanto mais ativo o guia de ondas, mais alto o pop.

Seus experimentos revelaram que os guias de onda são extremamente efêmeros, durando apenas centenas de milissegundos. Para canalizar algo que viaja na velocidade da luz, porém, esse tempo é abundante.

A pesquisa sugere onde melhorias podem ser feitas; Por exemplo, maior eficiência de apontamento e comprimento devem resultar em menos perda de luz. A equipe também quer experimentar diferentes cores de luz laser e uma taxa de pulso de filamento mais rápida, para ver se eles podem direcionar um feixe de laser contínuo.

“Alcance de medidor de 50 metros para guias de ondas aéreas literalmente abre caminho para guias de ondas mais longas e muitas aplicações,” diz Milchberg.

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“Com base nos novos lasers que teremos em breve, temos a receita para estender nossos guias até um quilômetro e além.”

Pesquisa aceita X revisão físicae está disponível em arXiv.