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特斯拉是在十九世纪九十年代初期开始研究真空管的。真空管适用于无线电信号传输的检测，对这点他充满信心。后来他雇了一名专职工人来帮助他吹玻璃，于是接连发明了好几千种真空管，有的用于无线电研究，有的用来制作光源。
弗列明研究了爱迪生和普列斯的工作成果，然后将爱迪生效应成功地应用于无线电信号检测，使灵敏度超过了当时所用的晶体检波器。到了1907年，李·德·福列斯特在弗列明二极管中增添了一个控制元件即栅极，将其称为三极管，从而最终开创了近代电子学这门科学。
但是在此之前很久，特斯拉已经公开介绍过他对真空灯泡及高频电流的研究工作，他有什么追求，他有什么困惑，都向在座的听众袒露无遗。例如有一天，他将一支部分抽空的长长的玻璃管，套在一根一端密封的更长的铜管里。铜管上有一道切口，从中露出里面的玻璃管。当他将高频端钮与铜联接时，他发现玻璃管里的空气发出耀眼的光芒，尽管这时似乎不会有电梳从短路铜外壳通过。看来，电流主要是靠感应作用流经玻璃，穿越低压空气，并不经过外管的金属通路。
发明家从中悟出了在气体中传递任何频率电脉冲的一条途径。他推测说，“只要频率能增加到足够高的程度，那么一种想必受到煤气公司欢迎的奇特供电系统，就可以付诸实现。其方法是在金属管里充上气体，金属当绝缘体，气体当导体，用来为磷光灯泡或者尚未发明的某种装置供电。”
事实上，他介绍的就是微波传输所使用的波导管的前身。
特斯拉沿着这条路子进行探索，结果得出了他最为宏伟的设想之一——“地球夜光”，把它当作唯一的光源，用来照亮整个地球及其外围大气层。他从理论上论证，分布干大气层最上层的气体，其所处状态就同那些部分抽真空的管子里的空气一样，因此可以起到高频电梳优良导体的作用。这个主张一直使他多年想人非非。依他看来，这是使航道和机场在夜间更加安全的办法，或者是抛开路灯而对整个城市进行照明的途径。事情很简单，只要通过适当方式将充足的高频电流发向高空，达到35000英尺或者稍低一些的高度就行了。别人问他打算如何将电流传导至高空，他只是回答说，这点毫无实际困难。他有一个习惯，就是在他的方法未经过实际试验之前，他绝不向外透露，而他的这个想法也象别的一些想法一样，由于缺少研究经费而被束之高阁了。
记者不断地向他打昕，不停地加以推测。有些人猜想，他计划使用一种分子轰击管向大气层发射强大的紫外线射束，通过遥远的距离将空气电离，使其成为所有各种高压电的优良导体。据他们论证，有了这种方法，也就等于打开了可以达到任何理想高度的导电通路，于是他就可以通过这条通路发射高频电流。后来他在长岛建造了一座巨大的（也是倒霉的）世界广播塔，塔的最上一层平台就是设计来安装一排巨大能量的紫外灯的。但是这些紫外灯的用途一直秘而不宣。
在另外的场合里，特斯拉还谈到过一项计划，这就是同时使用地球和高层空气作为电导体，而把夹在中间的空气层作为绝缘体。使用这种组合方法可以造成一种规模巨大的电容器，即储存和放电的装置。如果地球呈电气激发状态，最上层空气层因感应而带电，于是整个地球转变成一个莱顿瓶，既带电又放电。流经地面以及上层空气的电流，形成一带发光的上部气层，从而把整个地球通通照亮。特斯拉提出要将电流送入上层空气的方法就是如此吗？我们不得而知。
1892年他在伦敦作报告时，踌躇满志，反复介绍他自己发明的很有特色，极其灵敏的真空管。这种真空管能在高频电流作用下发射出一种射线，这种射线可以对静电和磁性影响作出灵敏至极的反应。他可以使用这种真空管进行一些奇怪的试验。
特斯拉在一根金属丝上悬吊着一只灯泡，同时将所有物体都挪开。此时特斯拉只要靠近灯泡，就能使射线飞向灯泡的对面一侧，如果他绕灯泡周围行走，射线时刻都处在灯泡的对面一侧。有时候，射线绕灯泡猛烈旋转。他拿来一块小型永久磁铁，通过变换磁铁的位置而使旋转速度加快或减低，不过这种现象对磁铁虽然非常敏感，但对静电影响则稍欠灵敏。特斯拉稍有活动，例如绷紧手上肌肉，都可以引起射线的可见反应。
特斯拉认为，这种现象是由玻璃内的不规则性引起的，因为这不规则性妨碍射线均等地通过所有各个面。特斯拉喜出望外，他相信这样一种工具对研究力场的本质将是一种很有价值的手段。
“假如宇宙里有何可以测量得知的运动，”他说，“那么使用这样一种电刷一定能将它揭示出来。可以这么说，这是一道光束，没有惯性，不受摩擦。”
“我想，这种东西可以在无线电报中加以实际应用。使用这样一种电刷，将来就有可能——比方说将电讯发往大西洋对岸，速度要多快就有多快，因为电刷的灵敏度非常高，甚至最微弱的变化也会给它带来影响。如果有可能使光束强度加大，而且使它变得很窄很细，那么它发生的折射就可以很容易地拍照下来。”
他在报告结束时说了这样一段话：“问题在于，处在目前达到的知识和经验水平，还没有人打算扰乱地球的静电或磁力状态，没有人想要传送信息……”
然而在他的计划里，这小小的真空管没有当作电扰动或无线电信号的远距离探测器派上用场。这一直叫人百思而不得其解。特斯拉用它做过探测器，但是调整起来很困难，因此除了供实验室研究之外，别的地方都用不上。
但是时至今日，当科学界开始涉猎叫人捉摸不透的生物学现象时，特斯拉的奇异真空管可能重新唤起人们的兴趣。比方说，通过生物反馈技术进行人体自主功能的控制，在这方面可以用得上这种真空管。它也许能帮助我们去理解神秘的“克里昂效应。”将克里昂照像同特斯拉线圈的高频电压配合使用，引起了人们对人体辉光的科学研究兴趣，因为那些从心理学来说属于显而易见的事物，现在也可以揭示出来而让普通人亲眼看到了。特斯拉在十九世纪八十年代所进行的研究工作证明，高频电流在导电材料表面之上或附近运动，这类似于超导现象。有人推测，在克里昂相片上出现的电晕，可能是围绕生命形态的“载波场”的某种调制结果。（针灸穴位也可能与这类力场有关。）所以现代电气工程界认为，特斯拉的超灵敏真空管可以做成一种极其优异的探测器，它不但能探测克里昂电晕，而且能探测其他所谓超自然现象，包括普通称作鬼神的现象。这种看法不是没有缘故的。
打从回到纽约之后，特斯拉一直过着近乎隐居的生活。逢到最诱人的社交活动时，朋友们才能把这位发明家从他的实验室中硬拉出来。通宵达旦的玩乐嬉闹算是终止了，但罗怕特和凯瑟琳·约翰逊对他很不放心，一再警告他说，如果一个劲地埋头工作，不讲玩乐，他的身体最终还会垮掉。
1893年整个冬天，凯瑟琳没有特斯拉常来作伴，感到日子特别难熬。在冰天雪地的一月间，她派人给他进去鲜花，以表达对他的某种感激之情。他抽时间叫人送给她克鲁克斯教授所写的一篇文章，以及一台克鲁克斯辐射仪。这种辐射仪实际上是一台用热能带动的小小风车，装在真空的灯管里，可以旋转。他认为（或者据说他认为），“这是迄今所知的最漂亮的发明。”这种小风车很简单，从中体现了特斯拉追求一种尽善尽美的答案的理想。这类风车现在仍能见到，例如在小玩艺商店的橱窗里，那轮叶被太阳光悄悄地“吹动”。
虽然科学不算是凯瑟琳特别喜爱的科目，但是毕竟使她感到得意和高兴。二月一个风雨交加的下午，她和罗伯特围坐在火堆旁，心上烦闷不安。她突然灵机一动，提笔给特斯拉写了一封信，打发一位信差给他送击。信中写道：“在这些风雨天里您在做什么？我们……都在想，今天夜晚是否会有人来和我们热闹一番，比方说九点钟来串串门，或者七点钟来吃晚饭。我们坐在火堆旁边，心灰意懒，但也感到非常非常舒服。不过只有两个人，这个数目是太少了。三人才能成趣，特别是当‘我的国度’下雪时，尤其如此。那奇妙的机器是否又正常了，您是否已经准备好明天迎接摄影师，迎接雷电霹雳，迎接朱诺天后以及其他男女诸神？过来告诉我们吧。我们在七点或者九点钟见您。”可是机器没有正常，约翰逊夫妇失望了。罗伯特的沮丧之情，不下凯瑟琳。
但是随后到了1894年春天，特斯拉的试验搞得差不多了，一切已经就绪，特斯拉完全可以邀请约翰逊、约瑟夫·杰弗逊、马里昂·克劳福德和马克·吐温到他的实验室来了。他要“让高压火花通过他们的身体，”并且叫他们摆好姿势，破天荒第一攻在气体管灯照耀下拍摄照片。
尽管特斯拉全部身心沉溺在科学研究之中，但他还是在五月间抽空为“世纪”杂志撰写了一篇文章，专门评介塞尔维亚主要诗人兹梅·约万诺维奇。第二年春天，他又在该杂志发表了另一篇文章，介绍他喜爱的英雄卢卡·菲利渡夫。
在这一年里，他接着又为《纽约时报》的约翰·福尔德先生写了一篇重要文章（1894年9月30日）。这篇文章除了介绍他有关光、物质、以太和宇宙的理论之外，还提出了两个论点，一是电光中的能量有90％白白浪费了，二是将来根本用不着输送电力，甚至连无线输电也不要。“我希望能活到那么一天，让我在这间房屋当中装上一台机器。”他说，“它不用别的力量，而是用在我们周围运动着的介质的能量来带动。”
这是他一生当中最富于成果的时期，看来也是他最为幸福的时期。没有什么先兆表明一场灾难即将来临，就要扰乱到他的美好光景。他仍然住在安宁的格拉斯饭店里，自强不息。他摊开饭店的专用信笺，以他一手优美文笔给凯瑟琳写了一封回信，决定应邀赴宴。
“甚至到德尔英尼柯家赴宴，我也感到这种生活是过分奢侈了。我担心，如果我经常脱离我的简朴生活习惯，我会遭到不幸。我本已下定决心不再接受任何人的邀请，不管这些邀请多么诱人。但是此时此刻当我想到，很快我就要失去同您相处的欢乐了（因为您要到东汉普顿去野营度夏，而我没法陪您同去），一种不可抑制的渴念涌上我的心头，使我迫不及待地耍去参加这次宴请。即使有千万条理由，即使意识到立即会遇到什么危险，这种渴念都是无法扑灭的。我期待着快乐，也期待着可能随之而来的悲伤，谨此……”
1894年6月，凯瑟琳从东汉普顿发来一封情意绵绵的书信，责备他“给善良而满怀期待之情的友人发来叫人扫兴的冷冰冰的电报。”