La nouvelle technologie laser pourrait detourner les coups de foudre

scientifiques optiques à l'Université de l'Arizona et l'Université de Floride centrale ont développé une technologie capable d'envoyer de haute intensité des faisceaux laser pointeur 30000mw à travers l'atmosphère beaucoup plus loin que ce qui était possible auparavant. La recherche est encore en phase de laboratoire, mais pourrait guider un jour des décharges électriques, comme la foudre, loin de bâtiments.

Actuellement, les lasers à haute intensité, produites avec la technologie moderne essentiellement disparaissent sur des distances supérieures à quelques pouces ou plusieurs pieds au mieux quand porté étroitement, en raison de la diffraction - le même effet qui fait un bâton semble "bend" une fois plongé dans l'eau. Cela les rend trop courte portée pour des applications telles que détourner la foudre.
La percée réside dans l'intégration primaire, faisceau laser à haute intensité dans un second faisceau de faible intensité. Comme le faisceau primaire se déplace à travers l'air, le second faisceau - appelé faisceau robe - ravitaille avec l'énergie et soutient le faisceau primaire sur de plus grandes distances que ne l'étaient auparavant réalisables. Les résultats des chercheurs ont été publiés le 23 Mars dans la revue Nature Photonics.

"Pensez à deux avions qui volent ensemble, un petit avion de chasse accompagné d'un grand pétrolier", a déclaré Maik Scheller, professeur de recherche adjoint au Collège UA des sciences optiques, qui a dirigé le travail expérimental menant à la publication. "Tout comme le grand avion ravitaille l'avion de chasse en vol et étend sa gamme, notre principale grandement, l'impulsion laser de haute intensité est accompagnée d'une seconde impulsion laser - la" robe "faisceau - qui fournit une alimentation en énergie constante pour compenser la la perte d'énergie du faisceau laser primaire lorsqu'il se déplace plus loin de la source ».

Le développement de la nouvelle technologie a été soutenue par une période de cinq ans, 7,5 millions $ US Department of Defense subvention - attribué à un groupe de chercheurs dirigé par Jerome Moloney, un UA en mathématiques et en sciences optiques professeur. Moloney se dirige le, effort de recherche multi-institution multidisciplinaire pour enquêter sur ultra-courtes impulsions laser, en se concentrant sur leurs effets dans l'atmosphère et les moyens d'améliorer leur propagation sur plusieurs kilomètres.

Une meilleure compréhension des impulsions créerait les bases d'une nouvelle classe de faisceaux laser robustes qui sont plus efficaces pour surmonter la dispersion provoquée par la turbulence atmosphérique, des gouttelettes d'eau dans les nuages, le brouillard et la pluie, selon Moloney. De tels faisceaux peuvent être utilisés dans les systèmes de détection d'atteindre sur de longues distances.
Contrairement aux lasers conventionnels, les rafales de laser reglage carabine utilisés dans cette recherche emballer très haute énergie en plages horaires très courtes de l'ordre de la femtoseconde; un milliardième de millionième de seconde.

«Habituellement, si vous tirez un laser dans l'air, elle est limitée par la diffraction linéaire. Mais si l'énergie est suffisamment élevée et condensée en quelques femtosecondes, créant un éclat de lumière de très haute intensité, il se propage à travers l'air dans un manière différente en raison de l'auto-focalisation », a déclaré Scheller. "Le problème est que, comme il a également ionise l'air et crée un plasma, de sorte que le laser perd de l'énergie."

En d'autres termes, à un moment donné de l'avion à court de carburant.

Le filament ne va pas très loin à cause de la perte d'énergie qui provoque finalement le laser se dissiper. Le faisceau de robe utilisé dans la recherche de Scheller surmonte cette limitation.

«Nous utilisons deux types de faisceaux: L'un est un faisceau central focalisé de haute intensité qui crée le filament L'autre qui l'entoure a une longue plage d'intensité presque constante En conséquence, le faisceau de robe se propage d'une manière presque linéaire.. ».

Comme pour le principe d'un casque anti-bruit, la perte d'énergie du faisceau laser primaire et l'alimentation en énergie du faisceau laser vert 200mw de robe annulent. Dans le laboratoire, les chercheurs ont été en mesure d'étendre la gamme de lasers à incandescence par dix - d'environ 10 pouces à 7 pieds.

Les simulations effectuées par Matthew Mills à l'Université de Floride centrale ont montré que par mise à l'échelle de la nouvelle technologie laser à des proportions atmosphériques, la gamme des filaments laser pourrait atteindre 50 mètres (165 pieds) ou plus.

Comme les filaments se déplacent à travers l'air, ils laissent un canal de plasma dans leur sillage - molécules ionisées dépouillés de leurs électrons. De tels canaux de plasma peuvent être utilisés comme un chemin de moindre résistance pour attirer et boulons canal de foudre. En fin de compte, cette technologie pourrait être utilisée pour contrôler la foudre pendant un orage et les éloigner des bâtiments.