用等离子体波导保持激光聚焦

用激光从等离子体中产生出坚不可摧的光纤。图片来源:马里兰大学强激光-物质相互作用实验室

在科幻小说中，发射强功率激光看起来很容易——死亡之星以一束紧密的光束向太空中发射毁灭性的能量。但在现实中，发射大功率激光，必须小心确保它不会扩散得太厉害。

如果你曾经用手电筒照一堵墙，你会观察到一个光线扩散的例子。你离墙越远，光束扩散得越多，从而产生更大、更暗的光斑。一般来说，激光的扩散速度要比手电筒的光束慢得多，但当激光传播很长一段距离或必须保持高强度时，扩散效应就很重要。

无论你的目标是实现统治银河系，还是更现实地将电子加速到令人难以置信的速度以进行物理研究，你都需要尽可能紧密而强大的光束，以最大限度地提高激光强度。

在他们的实验中，本可以使用波导（就像传输信息的光纤一样）来传输激光，同时保持较细的光束。波导具有独特的纤芯和包层结构，可阻止激光扩散。但是，如果激光脉冲太强烈，就会遇到一个问题:它会在千分之一纳秒内破坏光纤。美国国家科学基金会资助的马里兰大学的研究人员则开发了一种改进的技术，使波导能够承受强激光。

技术的核心是从等离子体(一种由电子被剥夺后的原子构成的气体)中构建一个波导。在《物理评论快报》上发表的一篇论文中，他们证明了如何通过将较弱的激光脉冲射入氢云，从而形成波导，进行传输强大的激光脉冲。

研究人员预测，这项技术将成为高能粒子加速实验中的有力工具。国家科学基金会物理部门的项目主管Vyacheslav Lukin说:“这个小组开发的新的非热波导方法有可能极大地提高基于激光的粒子加速器的性能。这样的发展可以在基础研究和应用研究中带来更紧凑、更便宜的加速器。”