Загнутые лазерные лучи, создающие криволинейные пучки плазмы в воздушной среде могут быть использованы для удаленного изучения опасных или недостижимых объектов, мониторинга химического состава различных слоев атмосферы или для защиты важных объектов от грозовых молний, считают авторы изобретения.
"Нам впервые удалось показать, что лучи Эйри, так называемые искривленные лучи света, могут быть получены с помощью очень коротких и очень мощных лазерных импульсов, способных генерировать пучки плазмы по мере распространения в воздушной среде", - сказал профессор Павел Полынкин (Pavel Polynkin), ведущий автор публикации из Университета Аризоны. Сама возможность существования искривленных лучей света была впервые доказана сэром Джорджем Биддельем Эйри, английским математиком и астрономом, еще в девятнадцатом веке.
Эти лучи имеют изогнутую форму, так как они состоят из комбинации световых волн, одной основной, несущей основную энергию светового импульса, и большого количества менее интенсивных, ведомых электромагнитных волн, отстоящих друг от друга по фазе. Для того, чтобы пучок обычного света стал пучком Эйри, необходимо, чтобы он отразился или прошел через фазовую маску, способную изменить фазы световых волн в пучке. Создать такую маску чрезвычайно сложно, потому впервые подобный эффект распространения лучей света был экспериментально описан сравнительно недавно.
"Впервые лучи Эйри были экспериментально получены и описаны в научной статье около года назад Деметриусом Кристодоулидесом (Demetrios Christodoulides) из Университета Флориды, который является соавтором нашей публикации. Тогда он его коллеги продемонстрировали, как можно загнуть в лучи Эйри пучок постоянно действующего слабого лазера", - сказал Полынкин.
Очень мощные лазерные импульсы, длящиеся считанные фемтосекунды - миллионные доли миллиардных долей секунды - загнутые в лучи Эйри Полынкиным и его коллегами, распространяясь в воздухе, обладают энергией, позволяющей им ионизировать атомы газовых молекул. Такие криволинейные плазменные пучки могут быть использованы на практике.
"Например, этот пучок может быть использован для спектроскопического анализа на расстоянии. Его энергии достаточно, чтобы испарить очень небольшое количество вещества с поверхности предмета, который, грубо говоря, может быть бомбой, а может ей и не быть. При этом общее количество энергии одного импульса лазерного выстрела, который можно осуществить с безопасного расстояния, всего несколько миллиджоулей, и вызвать детонацию он не может. Спектр испаренного вещества, освещенного светом этого же лазерного импульса можно измерить и узнать, что это за объект", - говорит Полынкин.
Другим возможным применением искривленных плазменных пучков, получивших на западе название "световые пули" - это мониторинг химического состава атмосферы. Благодаря тому, что пучок плазмы изогнут, с его помощью возможно "осветить" отдельные слои атмосферы и изучить их спектры, тогда как прямолинейные лазеры неизбежно просвечивают всю атмосферную толщу насквозь, не позволяя отделить вклады в получаемые спектры веществ и молекул, содержащихся в атмосфере на различных высотах.
Кроме того, некоторые ученые пытаются использовать фемтосекундные лазерные импульсы для провоцирования молний в грозовых облаках, что, по мнению специалистов, может быть использовано для отвода грозовых разрядов от важных объектов, таких как аэропорты или электростанции. Благодаря сложной структуре такого импульса, удаление из светового пучка части ведомых волн, например при прохождении облаков, не приводит к его разрушению. Напротив взаимодействие волн после преодоления препятствия заставляет пучок восстановить утраченные компоненты и заново сфокусироваться.
"Это удивительное свойство фемтосекундных лазерных импульсов позволит созданным ими "световым пулям" беспрепятственно проникать сквозь облака и дождевые фронты, что делает их очень привлекательными для изучения атмосферы", - считает Джером Каспарян (Jerome Kasparian), физик из Женевского университета, использующий лазеры для провоцирования грозовых разрядов.
Эти лучи имеют изогнутую форму, так как они состоят из комбинации световых волн, одной основной, несущей основную энергию светового импульса, и большого количества менее интенсивных, ведомых электромагнитных волн, отстоящих друг от друга по фазе. Для того, чтобы пучок обычного света стал пучком Эйри, необходимо, чтобы он отразился или прошел через фазовую маску, способную изменить фазы световых волн в пучке. Создать такую маску чрезвычайно сложно, потому впервые подобный эффект распространения лучей света был экспериментально описан сравнительно недавно.
"Впервые лучи Эйри были экспериментально получены и описаны в научной статье около года назад Деметриусом Кристодоулидесом (Demetrios Christodoulides) из Университета Флориды, который является соавтором нашей публикации. Тогда он его коллеги продемонстрировали, как можно загнуть в лучи Эйри пучок постоянно действующего слабого лазера", - сказал Полынкин.
Очень мощные лазерные импульсы, длящиеся считанные фемтосекунды - миллионные доли миллиардных долей секунды - загнутые в лучи Эйри Полынкиным и его коллегами, распространяясь в воздухе, обладают энергией, позволяющей им ионизировать атомы газовых молекул. Такие криволинейные плазменные пучки могут быть использованы на практике.
"Например, этот пучок может быть использован для спектроскопического анализа на расстоянии. Его энергии достаточно, чтобы испарить очень небольшое количество вещества с поверхности предмета, который, грубо говоря, может быть бомбой, а может ей и не быть. При этом общее количество энергии одного импульса лазерного выстрела, который можно осуществить с безопасного расстояния, всего несколько миллиджоулей, и вызвать детонацию он не может. Спектр испаренного вещества, освещенного светом этого же лазерного импульса можно измерить и узнать, что это за объект", - говорит Полынкин.
Другим возможным применением искривленных плазменных пучков, получивших на западе название "световые пули" - это мониторинг химического состава атмосферы. Благодаря тому, что пучок плазмы изогнут, с его помощью возможно "осветить" отдельные слои атмосферы и изучить их спектры, тогда как прямолинейные лазеры неизбежно просвечивают всю атмосферную толщу насквозь, не позволяя отделить вклады в получаемые спектры веществ и молекул, содержащихся в атмосфере на различных высотах.
Кроме того, некоторые ученые пытаются использовать фемтосекундные лазерные импульсы для провоцирования молний в грозовых облаках, что, по мнению специалистов, может быть использовано для отвода грозовых разрядов от важных объектов, таких как аэропорты или электростанции. Благодаря сложной структуре такого импульса, удаление из светового пучка части ведомых волн, например при прохождении облаков, не приводит к его разрушению. Напротив взаимодействие волн после преодоления препятствия заставляет пучок восстановить утраченные компоненты и заново сфокусироваться.
"Это удивительное свойство фемтосекундных лазерных импульсов позволит созданным ими "световым пулям" беспрепятственно проникать сквозь облака и дождевые фронты, что делает их очень привлекательными для изучения атмосферы", - считает Джером Каспарян (Jerome Kasparian), физик из Женевского университета, использующий лазеры для провоцирования грозовых разрядов.