據(jù)外媒2014年4月2日?qǐng)?bào)道，美國(guó)亞利桑那大學(xué)和中央佛羅里達(dá)大學(xué)的光學(xué)科學(xué)家已經(jīng)發(fā)展了一種技術(shù)，能夠發(fā)送高強(qiáng)度激光束，通過大氣層比當(dāng)前可能到達(dá)的距離更遠(yuǎn)。研究仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，但終有一天能夠引電放電，例如使閃電遠(yuǎn)離建筑物。
當(dāng)今，基于現(xiàn)代技術(shù)產(chǎn)生的高強(qiáng)度激光沒有幾英寸距離就消失了，如果聚焦好的話也只能達(dá)到幾英尺，這是由于衍射——當(dāng)棍子插入水中時(shí)看起來是“彎曲的”作用相同。這使得它們的應(yīng)用距離太短，不能用于轉(zhuǎn)移閃電。突破來自在高強(qiáng)度主激光束中嵌入低強(qiáng)度次激光束。當(dāng)主激光穿過空氣時(shí)，次激光——稱作套裝光束(dress beam)——以其能量為主激光補(bǔ)充能量，并支撐其投向比以前能夠達(dá)到的更遠(yuǎn)的地方。研究者的成果已發(fā)表在2014年3月23日出版的《自然》雜志光學(xué)版(Nature Photonics)上。
領(lǐng)導(dǎo)實(shí)驗(yàn)工作并發(fā)表成果的亞利桑那大學(xué)光學(xué)科學(xué)學(xué)院的助理教授Maik Scheller說：“想象一下兩架飛機(jī)一同飛行，一架小型戰(zhàn)斗機(jī)由一架大型加油機(jī)伴飛。就如同在飛行中加油機(jī)為戰(zhàn)斗機(jī)空中加油，從而極大的擴(kuò)展了戰(zhàn)斗機(jī)的航程一樣，我們的高強(qiáng)度主激光脈沖由次激光脈沖相伴—— 套裝 光束——提供定常能量補(bǔ)給來補(bǔ)償主激光束的能量損耗，使其從發(fā)光處起傳播到更遠(yuǎn)的地方。”
美國(guó)國(guó)防部準(zhǔn)予投入750萬美元的經(jīng)費(fèi)給予亞利桑那大學(xué)數(shù)學(xué)和光學(xué)科學(xué)教授Jerome Moloney所領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，支持這項(xiàng)新技術(shù)的發(fā)展5年之久。Moloney領(lǐng)頭進(jìn)行多學(xué)科、多機(jī)構(gòu)研究，努力探究極短激光脈沖，專注在大氣層中它們的影響和改進(jìn)使它們傳播到數(shù)千米的方法。Moloney表示，隨著對(duì)脈沖了解的不斷完善，將創(chuàng)造出全新等級(jí)強(qiáng)健激光束的根基，在克服大氣湍流、云中水滴、薄霧和雨水所造成的散射方面更為有效。這種光束能夠用于超遠(yuǎn)距離探測(cè)系統(tǒng)上。不同于常規(guī)的激光，此研究中的激光爆發(fā)把極高的能量放入到非常之短的、以飛秒(百萬分之一秒的十億分之一)計(jì)的時(shí)間間隔中。
Scheller說：“通常，如果你發(fā)出激光到空氣中，它受限于線性衍射。但如果能量足夠高，并濃縮聚集到幾個(gè)飛秒中，創(chuàng)造出極高強(qiáng)度的光爆發(fā)，由于自聚焦而以不同的方式通過空氣傳播。難題是這樣也會(huì)造成空氣的離子化，產(chǎn)生等離子體，如此一來激光就會(huì)損失能量”。換句話說，就好比飛機(jī)耗盡燃油。絲狀光束走不了多遠(yuǎn)是因?yàn)槟芰繐p失，最終導(dǎo)致激光的消散。在Scheller的研究中使用了套裝光束克服了這個(gè)限制。“我們使用了兩種不同性質(zhì)的光束：一種是高強(qiáng)度產(chǎn)生絲狀光束的經(jīng)聚焦的中央光束。另一個(gè)是圍繞它的是一種遠(yuǎn)程幾乎為定常強(qiáng)度的光束。結(jié)果是套裝光束以近乎線性的方式傳播。”
類似于消噪耳機(jī)的原理，主激光束的能量損失和來自套裝光束的能量補(bǔ)給抵消掉了相互間的出入。在實(shí)驗(yàn)室中，研究人員能夠成十倍的擴(kuò)展絲狀光束激光行程——從10英寸(254毫米)達(dá)到7英尺(2134毫米)。在中央佛羅里達(dá)大學(xué)，Matthew Mills進(jìn)行了模擬，顯示成比例放大新的激光技術(shù)于大氣層，激光絲狀光束的行程能夠達(dá)到50米(165英尺)或更多。當(dāng)絲狀光束在空氣中穿行時(shí)，它們?cè)谄浼ぐl(fā)下留出一個(gè)等離子(脫去電子的離子化分子)通道。這種等離子通道能夠用作具有最小電阻的線路，吸引和引導(dǎo)閃電的突然放電(霹靂)。最終這項(xiàng)技術(shù)能夠在雷暴期間用于控制閃電的突然放電，讓它們遠(yuǎn)離建筑物。
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