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英亚体育app官网_下一代新型光纤—“空气”光纤诞生!

发布时间:2021-02-21    来源:英亚体育app官网|首页53094

英亚体育app官网|首页_一项可以实现超远距离通信的技术,甚至可以应用到人类未来的火星殖民地。美国科学家正在开发一种由空气制成的新型光纤。光纤突破了液体材料的限制,需要在空间建立超远距离激光通信。

同时,还可以应用于大气污染观测、高分辨率地图、军用激光武器等领域。光纤通信之所以是一种高效的通信方式,是因为它使用液体材料制成的光缆将光信号牢固地束缚在波导中,从而防止光失去密度或焦点。

一般来说,光的密度不会随着传播距离的减小而减小,即使对于没有高取向的激光束也是如此。同时也不能防止由于空气中其他气体的阻碍而造成的失焦。据英国《每日邮报》在线版7月29日报道,目前光纤产品的结构一般由半透明的玻璃管芯和包层外皮组成,包层外皮由低反射材料制成。外皮的作用是当光线试图逃离场景且有管芯时,将光线返回。

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然而,液体材料有显著的缺点。一是需要控制和匹配的能量有限;第二,铺设管道、安装支架等外部阻力是必不可少的,这使得它无法在大气甚至空间等类似环境中发挥作用。针对这种情况,这项研究的主持人、马里兰大学的物理学教授霍华德米尔克伯格大胆地将目光转向了看不见的空气。

他和他的团队想出了一个让空气像玻璃波导管一样工作的方法。根据他在《光学》年10月刊上发表的论文,空气波导的结构是:由低密度空气组成的外壁,覆盖着一个充满高密度空气的内核。和普通光纤一样,外壁的折射率高于内核。

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这种结构的空气波导需要无损耗地长距离传输光信号。霍华德的团队生产空气波导的方法是针对极强的激光脉冲。激光脉冲需要电离空气中非常细的细丝,这将提高周围空气的温度,扩散空气,并留下一个内部空气比外部空气密度低、折射率高的空腔。

光纤的不存在时间短得不可思议,只有万亿分之一秒左右,而谐振腔可以存活几毫秒,是激光脉冲的一百万倍。霍华德的团队指出,因为空气波导并不是长期存在的,所以它可以传导激光并自行收集信号。

目前,霍华德的团队正在努力使空气波导的长度超过至少50米。有了这项技术,我们不仅可以对高层大气或核反应堆等极端环境进行化学分析,提高激光雷达绘制高分辨率三维地形图的性能,还可以在空间给定的地方随时进行通信,使人类未来的通信方式再次发生质的变化。如图所示,与传统光纤一样,空气波导外层的折射率高于内层,导致光沿管道传播。

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