Físicos rompen récord al disparar un láser por el corredor de su universidad: ScienceAlert

Los físicos acaban de establecer un nuevo récord al confinar un pulso de láser autoenfocado en una jaula de aire a lo largo de un corredor universitario de 45 metros (148 pies) de largo.

Con resultados anteriores muy por debajo de un metro, este nuevo experimento dirigido por el físico Howard Milchberg de la Universidad de Maryland (UMD) abre nuevos caminos para confinar la luz en canales conocidos como guías de ondas de aire.

Un artículo que describe la investigación ha sido aceptado en la revista. Revisión física X, ay mientras tanto se puede encontrar en el servidor de preimpresión arXiv . Los hallazgos podrían inspirar nuevas formas de lograr comunicaciones basadas en láser de largo alcance o incluso tecnologías avanzadas de armas basadas en láser.

«Si hubiéramos tenido un corredor más largo, nuestros resultados muestran que podríamos haber sintonizado el láser para una guía de ondas más larga». dice el físico de la UMD Andrew Tartaro.

«Pero tenemos nuestro guía adecuado para el pasillo que tenemos».

Los láseres pueden ser útiles para una amplia variedad de aplicaciones, pero los haces de luz coherentes ordenados ordenadamente deben ser encerrado y concentrado de alguna manera. Si se deja a su suerte, un láser se dispersará, perdiendo potencia y eficacia.

Una de estas técnicas de enfoque es la guiaondasy eso es exactamente lo que parece: guía las ondas electromagnéticas a lo largo de un camino específico, evitando que se dispersen.

Fibra óptica es un ejemplo Este consiste en un tubo de vidrio a lo largo del cual se dirigen las ondas electromagnéticas. Debido a que el revestimiento alrededor del exterior del tubo tiene un índice de refracción más bajo que el centro del tubo, la luz que intenta dispersarse se dobla hacia el interior del tubo, manteniendo el haz a lo largo de su longitud.

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En 2014, Milchberg y sus colegas demostraron con éxito lo que llamaron una guía de ondas aérea. En lugar de usar una construcción física como un tubo, usaron pulsos de láser para encerrar su luz láser. Descubrieron que el láser pulsado crea un plasma que calienta el aire a su paso, dejando un rastro de aire de menor densidad a su paso. Y cómo iluminación y trueno en miniatura: el aire de baja densidad en expansión crea un sonido similar al de un pequeño trueno que sigue al láser, creando lo que se conoce como filamento.

El aire de menor densidad tiene un índice de refracción más bajo que el aire que lo rodea, como el revestimiento que rodea un tubo de fibra óptica. Entonces, disparar estos filamentos en una configuración específica que «enjaula» un rayo láser en su centro en realidad crea una guía de ondas en el aire.

Los primeros experimentos descrito en 2014 creó una guía de ondas de aire de aproximadamente 70 centímetros (2,3 pies) de largo, utilizando cuatro filamentos. Para ampliar el experimento, necesitaban más filamentos y un túnel mucho más largo a través del cual brillar sus luces, preferiblemente sin tener que mover su equipo pesado. Luego, un largo corredor en el Centro de Investigación de Energía de la UMD, modificado para permitir la propagación segura de rayos láser a través de un agujero en la pared del laboratorio.

Se bloquearon los puntos de acceso a los corredores, se cubrieron las superficies brillantes y se desplegaron cortinas absorbentes de láser.

«Fue una experiencia verdaderamente única», dice el ingeniero eléctrico de UMD Andrew Goffinel primer autor del artículo del equipo.

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«Hay mucho trabajo que hacer disparando láseres fuera del laboratorio con el que no tienes que lidiar cuando estás en el laboratorio, como subir las cortinas para protegerte los ojos. Definitivamente fue agotador».

La luz recogida después de su viaje en el corredor sin (izquierda) y con (derecha) una guía de onda aérea. (Laboratorio de Interacciones Intensas Láser-Materia, UMD)

Eventualmente, el equipo pudo crear una guía de ondas capaz de atravesar un corredor de 150 pies, acompañada de crujidos y estallidos, los pequeños truenos creados por el «relámpago» de su filamento láser. Al final de la guía de ondas de aire, el pulso láser en el centro había retenido alrededor del 20 por ciento de la luz que de otro modo se habría perdido sin una guía de ondas.

De vuelta en el laboratorio, el equipo también estudió una guía de ondas de aire 8 metros más corta para realizar mediciones de los procesos que ocurrían en el corredor, donde no tenían el equipo para hacerlo. Estas pruebas más cortas pudieron retener el 60 por ciento de la luz que se habría perdido. Los pequeños truenos también fueron útiles: cuanto más fuerte era la guía de ondas, más fuerte era el estallido.

Sus experimentos revelaron que la guía de ondas es extremadamente fugaz, con una duración de solo centésimas de segundo. Sin embargo, para conducir algo que viaja a la velocidad de la luz, ese tiempo es suficiente.

La investigación sugiere dónde se pueden realizar mejoras; por ejemplo, una mayor eficiencia y longitud de la guía deberían dar como resultado una pérdida de luz aún menor. El equipo también quiere probar diferentes colores de luz láser y una frecuencia de pulso de filamento más rápida, para ver si pueden impulsar un rayo láser continuo.

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«Alcanzar la escala de 50 metros para guías de ondas aéreas allana literalmente el camino para guías de ondas aún más largas y muchas aplicaciones». milchberg dice.

«Basándonos en los nuevos láseres que obtendremos pronto, tenemos la receta para extender nuestras guías a un kilómetro y más».

La investigación fue aceptada en Revisión física Xy está disponible en arXiv.

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