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光纖越遠,心,則近 — 無遠弗屆的空氣光纖

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Credit: Howard Milchberg

弗朗基的激光炮有可能實現嗎?現在有了最新的「空氣光纖」,說不定真的有可能被實體化喔!

在資訊化時代,許多訊息都是透過光纖來傳遞,可以避免光線在長距離過程中散失能量,即使是雷射,若沒有光纖保護,也很容易在遠處失焦,或是和環境作用而造成訊息精確度降低;但在世界上,仍有許多地方是實體光纖無法架設到的(像是高空或是地洞),當我們需要取得這些區域的資訊時又該如何是好呢?馬里蘭大學(University of Maryland)的Howard Milchberg團隊研發出了不受地形與空間限制的「空氣光纖」來解決這個問題!

傳統的光纖,是以高折射率的透明內芯加上低折射率的外膜所組成,當光線由內芯打入,由於內外層的折射率差,使得光線能不斷在內部全反射傳遞,而不會穿出折射率較低的外層。Howard Milchberg團隊的空氣光纖也利用了一樣的原理,只是他們不使用實體的材質,單獨運用空氣來完成這件事:他們以較低密度的空氣(具有低折射率)作為外層、一般空氣當作內芯(相對高折射率),當光線通過時,便可以達到束縛光線的效果。

在製作低密度空氣包層的方法上,研究團隊用四道高能雷射以方形排列同時射出,每道雷射軌跡上的空氣會因為受熱而膨脹,進而降低密度,四道雷射間形成的區域便成為較高密度的空氣光纖內芯。空氣光纖形成後,其密度狀態大致可以維持數個毫秒(千分之一秒),對之後要傳遞的光線來說綽綽有餘,使用者可以不用擔心空氣光纖會在資訊到達前就「壞掉」。

目前,實驗上利用空氣光纖可以在1公尺的距離下收集到比過去強1.5倍的訊號,這數字看似不大,但若考慮長距離時,增加的效率便會很顯著;未來這項技術若能持續發展,將光線傳輸的有效距離提升至50公尺以上,便能實際應用在許多科技上,像是長距離雷射通訊、利用空氣光纖測量高空的大氣組成,甚至發展雷射武器都不再只是漫畫裡的情節。

 

延伸閱讀:

參考資料:

  1. Demonstration of Long-Lived High-Power Optical Waveguides in Air, N. Jhajj, E. W. Rosenthal, R. Birnbaum, J. K. Wahlstrand, and H. M. Milchberg, Physical Review X dx.doi.org/10.1103/PhysRevX.4.011027

資料來源:Creating optical cables out of thin air [PHYS.ORG, July 22, 2014]

關於作者

昱夫

PanSci實習編輯~目前就讀台大化學所,研究電子與質子傳遞機制。微~蚊氫,在宅宅的實驗室生活中偶爾打點桌球,有時會在走廊上唱歌,最愛929。