เส้นใยนำแสงที่ทำจากอากาศ

นักวิทยาศาสตร์พูดว่า “พวกเขาสามารถที่จะเปลี่ยนอากาศให้กลายเป็น เส้นใยนำแสงที่สามารถนำส่งหรือขยายสัญญาณของแสงโดยปราศจากสายเคเบิ้ลต่างๆได้”

ในการที่จะพิสูจน์ทราบการทดลองนี้ พวกเขาทำการสร้าง air waveguide ที่วันหนึ่งมันอาจจะเป็นเส้นใยนำแสงสำเร็จรูปทุกจุดบนโลกได้หรือแม้กระทั่งในอวกาศ

การค้นพบครั้งนี้ ตีพิมพ์ในวารสารทางวิชาการระดับนานาชาติ Optica ซึ่งการค้นพบนี้สามารถนำไปใช้ได้ในหลากหลายรูปแบบที่เกี่ยวข้องกับระบบสื่อสารด้วยเลเซอร์ การสร้างแผนที่พื้นผิวที่มีความละเอียดสูง การศึกษาการเปลี่ยนแปลงของอากาศและมลภาวะในอากาศ และอาจจะถูกนำไปใช้ในทางการทหารได้อีกด้วยในการผลิตอาวุธเลเซอร์

 “ผู้คนมักคิดถึงเกี่ยวกับการสร้าง air waveguide ในช่วงขณะหนึ่ง แต่นี่เป็นครั้งแรกที่มันถูกทำให้เป็นจริง” ศาสตราจารย์ Howard Milchberg จาก University of Maryland ซึ่งเป็นผู้นำของการศึกษานี้ และได้รับทุนวิจัยจากจาก the US military and National Science Foundation

เลเซอร์จะสูญเสียความเข้มข้นและการโฟกัสเมื่อมีการเพิ่มขึ้นของระยะทาง เช่นเดียวกับแสงโฟตอนที่แพร่กระจายอยู่โดยธรรมชาติและเข้าทำปฏิกิริยากับอะตอมและโมเลกุลของอากาศ

เส้นใยนำแสงเข้าแก้ไขปัญหานี้โดยการนำแสงให้ผ่านแกนกลางที่ทำจากแก้วที่มีค่าการหักเหแสงที่สูง ซึ่งทำให้เกิดการถ่ายโอนแสงที่ดีได้

แกนกลางนั้นจะล้อมรอบด้วยวัสดุที่มีค่าการหักเหแสงที่ต่ำซึ่งทำให้สะท้อนแสงกลับเข้าไปในแกนกลางและป้องกันไม่ให้แสงนั้นสูญเสียการโฟกัสหรือความเข้มของแสง

อย่างไรก็ตาม เส้นใยนำแสงมีข้อจำกัดอยู่ที่ปริมาณของพลังงานที่มันสามารถนำส่งไปได้ และยังต้องการโครงสร้างทางกายภาพอีกด้วย

แสงและอากาศ

Milchberg และทีมวิจัยของเขาได้สร้างอากาศที่มีความคล้ายคลึงกับเส้นใยนำแสงโดยการใช้แสงเลเซอร์ที่แสงนั้นแยกออกมาจากวงแหวนที่มีหลายลำแสงและออกมาในรูปแบบของท่อ

พวกเขาใช้ลำแสงที่มีพลังงานสูงและคลื่นสั้นเพื่อให้ความร้อนกับโมเลกุลของอากาศตลอดทางอย่างรวดเร็วมาก

ด้วยความร้อนที่รวดเร็วจะกำเนิดคลื่นเสียงที่ออกมาในระดับไมโครวินาทีมาบรรจบกันที่ตำแหน่งของกลางท่อ ซึ่งทำให้เกิดพื้นที่ที่มีความหนาแน่นสูงที่ล้อมรอบไปด้วยพื้นที่ที่มีความหนาแน่นต่ำ

 “ไมโครวินาทีนั้นเป็นเวลาที่ยาวนานเมื่อเทียบว่าแสงนั้นเดินทางไปได้ไกลเท่าไหร่ ดังนั้นแสงนั้นได้ผ่านไปแล้ว และไมโครวินาทีถึงตามมาทีหลังด้วยคลื่นเสียงที่เข้าชนกันในจุดกึ่งกลาง ทำให้เกิดการปรับเปลี่ยนความหนาแน่นของอากาศ” Milchberg กล่าว

บริเวณที่มีความหนาแน่นต่ำของอากาศที่อยู่รอบๆกึ่งกลางของ air waveguide นั้นจะมีค่าการหักเหแสงที่ต่ำเพื่อใช้ในการเก็บการโฟกัสของแสง

 “ทุกๆโครงสร้างที่มีความหนาแน่นสูงจะมีค่าการหักเหแสงสูงกว่า และนั่นทำให้สามารถประพฤติตัวคล้ายกับเส้นใยนำแสงได้” Milchberg กล่าว

การขยายสัญญาณ

เมื่อ Milchberg และทีมวิจัยของเขาได้สร้าง air waveguide แล้ว พวกเขาได้ทำการใช้แสงเลเซอร์ที่สองกระตุ้นอากาศที่จุดสุดท้ายของ waveguide เพื่อเปลี่ยนให้กลายเป็นพลาสม่า

สัญญาณแสงที่ได้จากการกระตุ้นที่ถูกส่งผ่าน air waveguide มานั้น มีระยะทางมากกว่าหลายเมตรจากจุดเริ่มต้นจนถึงตัวรับสัญญาณ

สัญญาณที่ถูกจับได้โดยตัวรับสัญญาณนั้นมีมากพอที่จะทำให้ Milchberg และทีมวิจัยของเขาทำการวิเคราะห์ส่วนประกอบทางเคมีของอากาศที่เกิดจากการกระตุ้นได้

นักวิจัยพบว่า สัญญาณนั้นมีความเข้มเพิ่มขึ้น 50 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับสัญญาณที่ได้รับปกติโดยไม่ใช้ air waveguide

 “การค้นพบนี้แสดงให้เห็นว่า air waveguide สามารถนำไปใช้ในเป็น  remote collection optic (เส้นใยนำแสงเก็บข้อมูลระยะไกล) ได้” Milchberg กล่าว

 “นี่เป็นเส้นใยนำแสงที่คุณสามารถปรับความเร็วของแสงและสถานที่ที่คุณอยากจะวัดในที่ไกลๆได้ และมีสัญญาณกลับมาทั้งหมดอีกด้วย”

ผู้เชี่ยวชาญชาวออสเตรเลีย ศาสตราจารย์ Ben Eggleton จาก University of Sydney  กล่าวว่า “สิ่งนี้เป็นสิ่งสำคัญอย่างมากต่อความก้าวหน้าในศาสตร์ทางด้านแสง”

 “มันคล้ายกับว่าคุณมีเส้นใยนำแสงที่คุณสามารถฉายมันไปในท้องฟ้า และเชื่อมแสงเหล่านั้นเข้าหากันบนชั้นบรรยากาศ” Eggleton กล่าว

ที่มา: //www.abc.net.au/science/articles/2014/07/23/4049345.htm