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“空氣”光纖或可實現(xiàn)超長距離通信 據(jù)稱可應(yīng)用到人類未來的火星殖民地

右圖與圖中所示的傳統(tǒng)光纖一樣,空氣導(dǎo)波管外層的折射率要低于內(nèi)部,以此引導(dǎo)光沿著管道傳播,。

科技日報訊（記者張夢然）一項可實現(xiàn)超長距離通信的技術(shù)，甚至可應(yīng)用到人類未來的火星殖民地——美國的科學(xué)家正在研制一種以空氣為材質(zhì)的新型光纖。該光纖擺脫了固體材料自身性能的局限,，能夠在太空中實現(xiàn)超遠(yuǎn)距離的激光通信，同時還可以應(yīng)用到大氣污染探測,、高分辨率地圖、軍用激光武器等領(lǐng)域,。

光纖通信之所以是一種高效率的通信方式,，在于它利用固體材質(zhì)的光纜，將光信號牢牢束縛在導(dǎo)波管之中,，阻止光失去密度或焦點,。一般情況下，光的密度會隨著傳播距離的增加而逐漸降低,，即便是激光這種具備高度定向的光束也一樣,。同時，它還無法避免因為空氣中其他氣體的干擾而失去焦點。

據(jù)英國《每日郵報》在線版7月29日報道稱,，目前的光纖產(chǎn)品,，其結(jié)構(gòu)一般由透明的玻璃管芯和由低折射材料制成的包裹外皮組成。外皮的作用是當(dāng)光試圖逃逸出管芯時,，將其反射回來,。不過，固體材料有著明顯的短板,。一是能夠控制和駕馭的能量有限,，二是離不開鋪設(shè)管道、安裝支架等外部支持,，使其無法在諸如大氣層甚至太空這樣的特殊環(huán)境中發(fā)揮作用,。

針對這一情況，本次研究的主持者,、美國馬里蘭大學(xué)物理學(xué)教授霍華德·米爾克伯格,，將目光大膽投向了無形的空氣。他和自己的團(tuán)隊創(chuàng)新出一種可以讓空氣具備玻璃導(dǎo)波管一樣作用的方法,。據(jù)其刊發(fā)在《光學(xué)》月刊上的論文介紹,，空氣導(dǎo)波管的結(jié)構(gòu)為：一個由低密度空氣組成的“外壁”，包裹著充滿高密度空氣的內(nèi)芯,。而與普通光纖一樣,，外壁的折射率要低于內(nèi)芯。這種結(jié)構(gòu)的“空氣”導(dǎo)波管能夠長距離,、無損耗地傳送光信號,。

霍華德團(tuán)隊制造空氣導(dǎo)波管的方法，是使用超強(qiáng)激光脈沖,。激光脈沖能夠在空氣中電離出很細(xì)的“光絲”，而這些光絲會提高周圍空氣的溫度,，令空氣擴(kuò)散,，并在其經(jīng)過之后留下一條低密度的、內(nèi)部空氣折射率低于外部氣體的空洞,。

光絲存在的時間短得驚人,，只有約一萬億分之一秒，而空洞則可以存活幾毫秒,，幾乎是激光脈沖的一百萬倍,。霍華德團(tuán)隊認(rèn)為,，正因為空氣導(dǎo)波管能夠較長時間的存在,，因而單個的它就可以傳導(dǎo)激光并收集信號。

目前霍華德的團(tuán)隊正在致力使空氣導(dǎo)波管的長度達(dá)到至少50米,。憑借該技術(shù),，我們不僅可以對大氣上層或核反應(yīng)堆這樣的極端環(huán)境進(jìn)行化學(xué)分析,，改進(jìn)激光雷達(dá)的性能以繪制高分辨率的三維地形圖，最終還能在太空中的任意地方隨時交流——讓人類未來的通信方式發(fā)生質(zhì)的改變,。