激光避雷針（filament lightning rod）的原理如下：

實(shí)驗(yàn)中，研究人員向帶電云層發(fā)送強(qiáng)烈而短的激光脈沖。激光在空氣的傳播過程中會(huì)經(jīng)歷絲狀化（filamentation）過程：由于激光引起的空氣折射率的變化，激光脈沖的尺寸就會(huì)縮小，從而經(jīng)歷一個(gè)自聚焦的過程。激光脈沖最終變得足夠強(qiáng)烈，因此可以在高場(chǎng)過程中電離空氣分子。

由于空氣的電離會(huì)產(chǎn)生自由電子，因此激光脈沖的進(jìn)一步傳播會(huì)由光束的自聚焦過程和由于自由電子的存在引起的散焦效應(yīng)之間的動(dòng)態(tài)競(jìng)爭(zhēng)決定。這兩個(gè)過程的競(jìng)爭(zhēng)會(huì)使得激光在長(zhǎng)距離上保持電離激光脈沖的窄通道。而沿著這些細(xì)絲狀區(qū)域，空氣分子被吸收的激光能量迅速加熱，并以超音速?gòu)较蚺懦觯瑫?huì)留下密度降低的長(zhǎng)壽命空氣通道。這些持續(xù)時(shí)間為毫秒的低密度通道具有更高的電子電導(dǎo)率，因此為放電提供了優(yōu)先路徑。

具體實(shí)驗(yàn)：2021 年夏季，由25 名研究人員組成的研究團(tuán)隊(duì)在瑞士東北部的 S?ntis 山上使用了一種價(jià)值 200 萬歐元高重復(fù)率太瓦激光器進(jìn)行了激光避雷實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

經(jīng)過 10 周的觀察，研究小組發(fā)現(xiàn)激光在 6 小時(shí)的雷暴期間引導(dǎo)了 4 次閃電事件。高速攝像機(jī)清楚地顯示出沿著激光束的直線進(jìn)行撞擊，而不是采用自然界中閃電傳統(tǒng)分支路徑。

實(shí)驗(yàn)中，研究人員利用兩個(gè)獨(dú)立的高速攝像機(jī)發(fā)現(xiàn)一個(gè)向上的負(fù)閃電能夠在 50 米距離內(nèi)被激光有效引導(dǎo)。

來源：

Nat. Photon. | 扮演宙斯！用激光引導(dǎo)閃電——中國(guó)光學(xué)

Houard, A., Walch, P., Produit, T. et al. Laser-guided lightning.?Nat. Photon.?(2023).