«Двухслойные» лазерные лучи обещают управление молнией

«Окутывание» самофокусирующегося лазерного пучка обычным позволяет в десять и более раз увеличить дальность создания лазером плазменных каналов в земной атмосфере.

Начиная с «Гиперболоида инженера Гарина», нам свойственно слегка преувеличенное восприятие возможностей подобных устройств. Больше всего это относится к лазерам. Возьмём основы: если лазерный луч имеет высокую интенсивность и гауссовый профиль, то он способен самофокусироваться в воздухе за счёт эффектов нелинейной оптики, избегая рассеивания обычного светового пучка. Тем самым он может достигать интенсивности и точности, существенно превосходящей любые другие источники света.

Так что же, вот оно — идеальное оружие?


«Обычно, если вы стреляете из лазера в воздухе, его луч будет ограничен дифракцией. Но при высокой интенсивности и длительности импульса в несколько фемтосекунд... он распространяется воздухе совершенно иначе в силу самофокусировки, — соглашается Майк Шеллер (Maik Scheller) из Аризонского университета (США). — Но проблема в том, что при этом он ещё и ионизирует воздух на своём пути, создавая плазму и теряя свою энергию». Иными словами, пока у разработчиков есть только две возможности: луч будет или сильно рассеиваться, особенно в наполненном водяными парами воздухе (над морем и во влажном климате), или самофокусироваться, но — благодаря тем же качествам, что дают самофокусировку и не позволяют рассеиваться, — очень быстро терять энергию луча на создание плазменного канала. Предпочтение одного из этих вариантов больше похоже на выборы-1996, нежели на выборы в собственном смысле этого слова. Ясно лишь то, что «оба хуже», и нужно что-то принципиально другое.

Аризонским учёным, коих возглавляет г-н Шеллер, «третий путь» нужен более других: их идея состоит в использовании самофокусирующихся лазеров для создания пробойного канала прямо перед основным зарядом молнии, с тем чтобы увести последнюю в сторону от охраняемого лазером объекта. Естественно, нужда в такой работе в основном бывает во время дождя, когда несамофокусирующиеся лазеры столь же полезны, как труды Ф. А. Хайека для руководителей КНР.

Поэтому-то Майк Шеллер и Ко и придумали схему, соединяющую достоинства как самофокусирующегося, так и обычного лазерного луча. Идея в целом проста: фемтосекундные импульсы высокой интенсивности сопровождаются импульсами обычного лазера, расположенного рядом с первым излучателем. Самофокусирующийся луч как бы окружён обычным («окутывающим») лучом, и последний подпитывает его энергией, осуществляя эдакую «дозаправку в воздухе», тем самым позволяя распространяться на расстояние, существенно превышающее обычное для увлажнённых районов земной атмосферы.

«Мы используем два типа лучей: первый... создаёт шнур плазмы... Второй, а он окружает первый, имеет высокую дальность распространения при почти неубывающей интенсивности», — рассказывает г-н Шеллер.


Как и в наушниках с помехоподавлением, потери энергии первичного лазерного пучка и окутывающего вторичного взаимно гасят друг друга, что позволило добиться необычайной дальности распространения самофокусирующегося луча: в лабораторных условиях он сохранил интенсивность на 213,5 см (до сих пор рабочая дистанция не превышала 24,4 см). Обе цифры могут показаться ничтожными, хотя моделирование указывает на то, что в земной атмосфере за пределами лаборатории дальность распространения такой «лазерной нити» достигала бы 50 м, а иногда и более.

Плазменный канал, создаваемый «двухслойным» лазерным пучком, может быть не только путём наименьшего сопротивления для молнии и уводить её от здания, в которое она могла бы ударить. Не менее интересно то, что, по мнению исследователей, сходная техника, в случае её дальнейшего совершенствования, может быть использована для отправки мощных лазерных импульсов во влажной атмосфере на гораздо бóльшие дистанции, чем это получается сегодня.

Как вы, наверное, догадались, финансирование разработки велось Министерством обороны США, которое, кстати, уже несколько лет трудится над экспериментальной «искусственной молнией», использующей в качестве средства передачи мощных электрических импульсов плазменные шнуры, которые создаются в обычном воздухе сверхкороткими лазерными импульсами.

Подготовлено по материалам Аризонского университета.