近50米激光实验在马里兰大学走廊创纪录

并不是每所大学都有强大到足以燃烧纸张和皮肤的激光脉冲被送到走廊上。但这就是UMD能源研究设施发生的事情，这是校园东北角的一栋看起来不起眼的建筑。如果你现在参观实用的白色和灰色大厅，它似乎和其他任何大学大厅一样——只要你不要在软木板后面看到覆盖在墙上的一个洞的金属板。

但在 2021 年的几个晚上，UMD 物理学教授霍华德·米尔奇伯格和他的同事将走廊变成了实验室：门和喷泉的闪亮表面被覆盖，以避免潜在的眩目反射;连接走廊被标志、警告胶带和特殊的激光吸收黑色窗帘封锁;以及科学设备和电缆居住在常开的步行空间。

当团队成员开始工作时，一阵啪啪声警告说，激光在大厅里开辟了一条危险的强大道路。有时，光束的旅程以白色陶瓷块结束，空气中充满了更响亮的爆裂声和金属的味道。每天晚上，研究人员独自坐在相邻实验室的电脑前，拿着对讲机，对激光进行要求的调整。

他们的努力是暂时将稀薄的空气转化为光纤电缆 - 或者更具体地说，空气波导 - 将光引导数十米。就像为光学数据流提供高效高速公路的光纤互联网电缆之一一样，空气波导规定了光的路径。这些空气波导具有许多与收集或传输光相关的潜在应用，例如检测大气污染发出的光，远程激光通信甚至激光武器。使用空气波导，无需解开实心电缆并关注重力的限制;相反，电缆在空中迅速形成不受支撑的电缆。在《物理评论X》杂志上发表的一篇论文中，该团队描述了他们如何通过在45米长的空气波导中指路明光来创造记录，并解释了他们方法背后的物理学。

研究人员在夜间进行了创纪录的大气炼金术，以避免在工作日给同事或毫无戒心的学生带来不便(或打击)。他们必须先获得安全程序的批准，然后才能重新利用走廊。

“这是一次非常独特的经历，”UMD电气和计算机工程研究生Andrew Goffin说，他参与了该项目，并且是由此产生的期刊文章的主要作者。“在实验室外发射激光有很多工作，当你在实验室里时，你不必处理 - 比如为了眼睛安全而拉起窗帘。这绝对很累。

所有的工作都是看看他们可以将这项技术推向多远。此前，米尔希伯格的实验室证明，类似的方法适用于不到一米的距离。但研究人员在将实验扩展到数十米时遇到了障碍：他们的实验室太小，移动激光是不切实际的。因此，墙上的一个洞和一个走廊变成了实验室空间。

“存在重大挑战：大规模放大到50米迫使我们重新考虑空气波导生成的基本物理学，而且想要将高功率激光器发送到50米长的公共走廊自然会引发重大安全问题，”Milchberg说。幸运的是，我们得到了物理学和马里兰州环境安全办公室的出色合作!

如果没有光纤电缆或波导，光束(无论是来自激光还是手电筒)在传播过程中都会不断扩展。如果允许不受控制地扩散，光束的强度可能会下降到无用的水平。无论您是想重现科幻激光发射器，还是通过用激光将污染物充满能量并捕获释放的光来检测大气中的污染物水平，确保高效、集中地传输光都是值得的。