Aaltoputkia ilmaan ja salamalle

Perinteiset aaltoputket, kuten optiset kuidut voivat kuljettaa valoa yli 100 kilometriä, mutta tutkijat ovat kehitelleet myös tavan tehdä optisia aaltoputkia suoraan ilmaan.

Andrew Goffin Marylandin yliopistosta ovat luoneet 45 metriä pitkän aaltoputken ilmaan, joka on 60 kertaa pidempi kuin aiempi ennätys.

Saavutus voi mahdollistaa suuritehoisten laserpulssien toimittamisen etäkohteisiin, mikä avaa useita sovelluksia, kuten kaukokartoitus, salamanhallinta ja mikroaaltojen suuntaus.

Ilma-aaltoputken periaate on laukaista femtosekunnin laserpulssi, joka avaa lyhytkestoisen kanavan ilmaan, jonka läpi myöhempi hyötypulssi voi kulkea. Ensimmäinen pulssi synnyttää tarvittavan taitekerroinkontrastin ytimen ja päällysteen välillä kuumentamalla ilman aineosia (kuten N2, O2 ja jalokaasut). Lämmitetty ilma laajenee siten, että verhouksen tiheys on pienempi kuin ympäröivän ilman tiheys. Tuloksena oleva ilma-aaltoputki voi kestää muutaman millisekunnin - tarpeeksi aikaa lähettää anturisignaali sen läpi.

Tulevissa töissään tutkijat suunnittelevat ilma-aaltoputkia, jotka voivat tuottaa suuritehoista valoa kilometrin tai jopa pidemmille etäisyyksille.

Tällainen ilman aaltoputkiohjaus avaa oven moniin käytännön sovelluksiin, jotka edellyttävät tehokasta laserenergian toimittamista syrjäisiin paikkoihin ilmakehässä. Yksi esimerkki on kaasusaasteiden havaitseminen virittämällä niitä UV-valolla, joka kulkee ilmakehän läpi ilma-aaltoputken avulla.

Toinen mahdollinen sovellus on äskettäin esitelty salamasuojaus plasmakanavan luomisen kautta, joka voi ohjata salaman perinteiseen salamamastoon.

Pariisin École Polytechniquen Aurélien Houard tutkimusryhmän suoritti onnistuneita kokeiluja yhdessä Euroopan salama-alttiimmista paikoista: Sveitsin Säntis-vuorella, 2 500 m korkeudella jolla sijaitsee 30-kerroksinen tietoliikennetorni, johon salama iskee noin 100 kertaa vuodessa.

Kun sääolosuhteet olivat sopivat, ryhmä suuntasi laserinsa taivaalle ja ampui pikosekunnin pulsseja 1 kHz:n toistotaajuudella. Keskittämällä infrapunalaservalon tornin yläosan lähellä olevaan pisteeseen tutkijat saavuttivat tarvittavan intensiteetin epälineaarisen optisen vaikutelman tuottamiseksi, jossa laservalo jakautuu useiksi ohuiksi "filamenteiksi", jotka etenevät leviämättä.

Nämä korkean intensiteetin virrat lämmittävät ilmaa luoden ionisoidun kaasun tai "plasman" kanavia, jotka voivat olla jopa 50 metriä pitkiä. Tällaiset plasmakanavat johtavat kuten metallisauva, joten niiden odotetaan tarjoavan ensisijainen reitti salamalle.

Tällainen laserjärjestelmä voisi jonain päivänä tarjota tehostettua salamansuojausta herkille laitoksille, kuten lentokentille, rakettien laukaisualustalle ja tuulipuistoille.