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“空氣”光纖或可實現(xiàn)超長距離通信 據(jù)稱可應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,空氣導波管外層的折射率要低于內(nèi)部,以此引導光沿著管道傳播。

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，甚至可應用到人類未來的火星殖民地——美國的科學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)超遠距離的激光通信，同時還可以應用到大氣污染探測、高分辨率地圖、軍用激光武器等領域。

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，其結構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、美國馬里蘭大學物理學教授霍華德·米爾克伯格，將目光大膽投向了無形的空氣。他和自己的團隊創(chuàng)新出一種可以讓空氣具備玻璃導波管一樣作用的方法。據(jù)其刊發(fā)在《光學》月刊上的論文介紹，空氣導波管的結構為：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。這種結構的“空氣”導波管能夠長距離、無損耗地傳送光信號。

霍華德團隊制造空氣導波管的方法，是使用超強激光脈沖。激光脈沖能夠在空氣中電離出很細的“光絲”，而這些光絲會提高周圍空氣的溫度，令空氣擴散，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。霍華德團隊認為，正因為空氣導波管能夠較長時間的存在，因而單個的它就可以傳導激光并收集信號。

目前霍華德的團隊正在致力使空氣導波管的長度達到至少50米。憑借該技術，我們不僅可以對大氣上層或核反應堆這樣的極端環(huán)境進行化學分析，改進激光雷達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。