近日，由美国马里兰大学（UMD）的科学家领导的一支研究团队宣布，他们成功在空气中创造了一个数据传输距离为45米的波导，打破了他们之前创造的纪录。这一成果有望为更长距离的光波导奠定基础，并打开一系列相关的技术应用，包括污染检测、远程通信、激光武器和防雷保护。
早在2014年，马里兰大学（UMD）团队就曾首次展示这一技术，他们使用飞秒激光脉冲在空气中“雕刻”出一个通道，以收窄聚焦二次探测激光的光。这种波导是通过“长丝化”（filamentation）过程产生的——这是一种非线性效应，其中足够强大的激光自聚焦，直到坍缩成一束窄光束或纤丝（filaments）。
这些纤丝的平均功率有限，他们本身并不是传输高功率激光的有效手段。然而，脉冲经过“长丝化”的过程之后会加热空气，产生等离子体，并留下低密度空气的路径。这些低密度“洞”的折射率比它们周围的空气要低，所以当它们被排列成多个低密度“隧道”，这些“隧道”合并并围绕着密度更高的空气核心时，它们就像光纤电缆上的包层一样。
2014年的研究中，该团队通过将四根激光纤丝排成方形，在一个未受干扰的空气中心周围形成一个低密度的“围栏”，然后成功地将脉冲引导至70厘米长的距离。但有限的纤丝数量限制了波导的宽度，粗暴地增加更多的纤丝又难以保证相等强度的能量和局部流畅的前沿相位，要扩展这一距离并不容易。
于是，他们找到了一个新的方案：通过使用平滑的拉盖尔－高斯（Laguerre－Gaussian，LG）模式光束来解决这个问题，该模式是由一个螺旋相位板产生的，它将激光集中成一个“甜甜圈”的形状。纤丝的数量随着光束的大小自动缩放，它们自然地分布在一个环周围，确保生成的包层具有良好的周向覆盖，并显著增加波导的电位范围。
不过，当测试他们的新安排时，研究人员遇到了一个问题：他们需要更多的空间，而且移动激光难以实现。幸运的是，他们的实验室恰好毗邻走廊。在一次实验过程中（并且经过了充分的准备），他们在墙上凿了一个洞，把大厅变成了他们实验室的延伸，在大楼里没有学生的时候工作了一夜。据悉，这是因为在实验室外发射激光需要做很多准备工作，而当在实验室时，这些操作就可以省略——比如为了眼睛安全，拉上窗帘。
通过使用上述的新方法，研究人员演示了整个走廊长度的空气波导——总距离为45米，比他们之前的记录长60倍。这些光波导结构寿命长，可持续数十毫秒，为二次探针激光脉冲的通过提供了足够多的时间。探测器显示，在路径的末端，波导保留了大约20％的光，否则这些光就会丢失。他们还尝试在实验室里用一个更短的8米波导，将大约60％的光传送到目标上。
研究人员认为他们的方法是可扩展的，他们的计算表明他们还没有接近该技术的理论极限。他们计划进行进一步的实验来改进他们的空气波导，包括使“甜甜圈”更均匀以增加光波导距离长度和引导效率，以及将光波导的传输距离扩展到一公里甚至更远。