Учёные показали, что лазерная плазма может работать как антенна

Исследователи Университета штата Северная Каролина впервые показали, что плазменная нить, созданная лазером, может работать как передающая антенна. Вместо металлического стержня радиосигнал излучает тонкий канал ионизированного воздуха, который по внешнему виду напоминает световой меч. В эксперименте такая нить передавала сигнал на частоте 30 МГц, а уровень сигнала на приёмной антенне оказался в 2,5 раза выше, чем без неё.

Лазер в этой схеме сам радиоволны не излучает. Его луч ионизирует воздух: он выбивает электроны из молекул газа, и в результате возникает узкий плазменный канал, состоящий из свободных электронов и положительных ионов. Заряженные частицы реагируют на электромагнитное поле, поэтому плазма может выполнять роль проводника, как обычный металл в антенне. Лазер лишь создаёт среду, а излучает сигнал именно она.

Отдельная задача состояла в том, как подвести сигнал к плазме, не разрушив её. Подключение металлического провода могло бы нарушить структуру нити, поэтому учёные применили бесконтактную схему: металлическое кольцо работает как конденсатор. Лазерный луч проходит через центр кольца и формирует плазменный канал, а радиочастотный генератор подаёт сигнал на кольцо. Возникающее переменное электрическое поле действует на плазму без физического контакта и заставляет её излучать радиоволны.

Проверку провели в ближней зоне: приёмную антенну поставили на расстоянии 5 см от плазменной нити. Сначала измерили сигнал при выключенном лазере, когда работала только система подачи сигнала, а затем повторили измерение с включённым лазером. Во втором случае уровень принятого сигнала вырос на 150%. Эксперимент подтвердил, что нить способна излучать радиосигнал, но связи на большом расстоянии он не демонстрировал.

Практический интерес связан с гибкостью. Обычная металлическая антенна работает лучше всего в определённом диапазоне частот, который зависит от её размеров, а менять длину и направление такой антенны обычно требуют дополнительных механизмов. Для спутников это неудобно: важны масса оборудования и сложность развёртывания после запуска. В плазменной системе, по замыслу авторов, длину нити можно регулировать параметрами лазера, а направление излучения менять, поворачивая луч. Это может пригодиться в спутниковой связи, радиолокации и других системах с частой сменой направления излучения.

Пока это лабораторный результат. Команда намерена выяснить, сколько энергии нужно для поддержания плазменной нити и насколько эффективно она передаёт сигнал в разных условиях. Следующий шаг — улучшить характеристики устройства и проверить, насколько далеко можно развить принцип, подтверждённый в лаборатории.

По материалам: iXBT