实验证明由稀薄空气制成的连续操作光纤

马里兰大学(UMD)的研究人员展示了一种由稀薄空气制成的连续工作的光纤。

最常见的光纤是玻璃束，可以长时间紧密地限制光线。然而，由于玻璃损坏和激光能量从光纤中散射出来，这些光纤不太适合引导极高功率的激光束。此外，对物理支撑结构的需求意味着玻璃纤维必须在光信号传输或收集之前很久就铺设好。

UMD物理系、电气与计算机工程系以及电子与应用物理研究所的Howard Milchberg和他的团队展示了一种克服了这两种限制的光学引导方法，使用辅助超短激光脉冲来雕刻空气中的光纤波导。

这些短脉冲形成一个称为“细丝”的高强度光结构环，它加热空气分子以形成围绕中心未受干扰区域的低密度加热空气的延伸环;这正是光纤的折射率结构。以空气本身为纤维，可以引导非常高的平均功率。例如，对于用于检测污染物和放射源的远程光信号的收集，空气波导可以任意“解散”并以光速指向任何方向。

在一月份发表在《物理评论X》上的一项实验中，研究生安德鲁·戈芬(Andrew Goffin)和米尔奇伯格小组的同事表明，这种技术可以形成50米长的空气波导，持续数十毫秒，直到它们因周围空气的冷却而消散。

这些波导仅使用一瓦的平均激光功率产生，理论上可以引导兆瓦平均功率的激光束，使其成为定向能量的特殊候选者。波导方法可以直接扩展到 1 公里或更长。然而，该作品中的波导产生激光每100毫秒发射一次脉冲(重复率为10 Hz)，冷却耗散超过30毫秒，在没有空气波导的情况下，两次射击之间留出70毫秒。这是引导连续波激光或收集连续光信号的障碍。

在Optica的一份新备忘录中，Andrew Goffin，Andrew Tartaro和Milchberg表明，通过将波导产生脉冲的重复率提高到1000 Hz(每毫秒一个脉冲)，空气波导通过加热和加深波导来持续保持，速度快于周围空气可以冷却它的速度。结果是一个连续运行的空气波导，可以引导注入的连续波激光束。由于波导通过重复生成而加深，因此在最高重复率下，导光约束效率提高了三倍。

连续波光学导引显著提高了空气波导的实用性：它增加了可以传输的最大平均激光功率，并保持了用于连续收集远距离光信号的导引结构。而且由于公里尺度和更长的波导更宽，冷却速度较慢，并且需要远低于1 kHz的重复率来维持导波。这种更宽松的要求使得使用现有的激光技术和适度的功率水平可以轻松实现公里和更长距离的连续空气波导。

“使用适当的激光系统来产生波导，长距离连续引导应该很容易实现，”Goffin说。“一旦我们有了这个，我们发射高功率连续激光束并从数英里外检测污染物只是时间问题。