Мир науки и техники!

Мир Науки И Техники!
28 июля 2014

Воздушный волновод: эффективный канал передачи лазерного сигнала по воздуху без потерь

Лазерные технологии постепенно становятся частью современных устройств, будь то дальний свет нового спортивного купе BMW, мобильная или стационарная установка для уничтожения беспилотных летательных аппаратов вместе с другими механизмами и областями применения. Именно лазерное оружие считают одним из наиболее перспективных и основных средств для ведения боевых действий в будущем.

Сам по себе лазер попал на вооружение к военным достаточно давно, однако теперь специалисты из Defense Threat Reduction Agency (DTRA) при финансовой поддержке Военно-воздушных сил США и Национального научного фонда сумели найти способ для кардинального усовершенствования имеющейся технологии. Новое лазерное оружие или гражданское оборудование, по словам учёных, должно стать гораздо мощнее имеющихся сегодня прототипов. Инновационные устройства смогут передавать узконаправленный поток частиц на гигантские по своему значению расстояния без характерных потерь.
Чтобы корректировать монохроматическое электромагнитное излучение на большие по сегодняшним меркам дистанции и не терять эффективность лазера, повсеместно применяются закрытые устройства для направленной передачи света. Такие конструкции принято называть волноводами, а изготавливаются они из пластика или стекла, представляя собой гибкую или жёсткую оболочку с последовательным набором линз на определённых участках криволинейной трассы.

Данный метод имеет ряд недостатков, в том числе как по ограничениям по мощности, так и по способам применения. Установить лазерное соединение даже со статическим объектом в воздухе при использовании подобного волновода в теории хоть и будет возможным, но станет целиком иррациональным.
Для компенсации потерь на сверхбольших дистанциях, которые сопровождают лазерный луч на открытом пространстве из-за поглощения и рассеяния в атмосфере, эксперты из DTRA предлагают так называемое воздушное оптическое волокно. Именно оно позволит создать для лазера воздушный волновод, снимающий текущие ограничения на использование лазерных установок. Превратив атмосферу в аналог классического волновода, пропускная способность такого лазера резко увеличится. Это позволит учёным со всего мира начать создание новых установок для гражданского и военного применения.

Базовый принцип новой разработки заключается в следующем: передаваемый лазерный импульс очень большой мощности в открытом пространстве, согласно физическим законам, имеет свойство превращаться в лазерную нить. Подобный излучаемый узкий пучок, в свою очередь, нагревает окружающее его открытое пространство, создавая при этом вокруг себя естественную воздушную оболочку с низкой плотностью. Для такой среды характерен минимальный показатель преломления, что позволяет провести параллель между инновационным воздушным каналом и обычным оптоволокном со стеклянной жилой. Оболочка последнего также отличается малым значением преломления для предотвращения рассеивания частиц.
Из всего сказанного выше следует, что невидимые воздушные стенки низкой плотности берут на себя роль конструкции, которая практически не преломляет свет в сравнении с обычной воздушной средой. Масштабность данного открытия получила ещё большую значимость и перспективность после первого этапа практических испытаний. В рамках теста стандартный лазерный луч при прохождении расстояния в один метр был помещён в аналог квадратного короба, рёбрами которого стали описанные выше лазерные нити. Функцию сторон условной геометрической фигуры-оболочки для предотвращения рассеивания лазера взял на себя воздух с низким значением плотности. Итоговым результатом эксперимента стал следующий вывод: испытуемый пучок лазера через один метр практически не изменил свои первоначальные параметры.

Важным нюансом стало и то, что воздушный туннель или воздушный волновод просуществовал в итоге несколько миллисекунд, что в миллион раз превышает аналогичный показатель для лазерного импульса. Лабораторные испытания и последующие расчёты говорят о том, что при передаче таким способом лазерного сигнала на большие расстояния его качество увеличится на 50 %. Следующим этапом для учёных станет повторение эксперимента, но уже на дальности в 50 м.