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深度解讀

可用於發射高功率激光的光學捕獲係統

星之球激光 來源:實驗幫2016-05-23 我要評論(0 )   

  研究人員已經首次證明了激光可以在空芯光纖的中心處生成,通過操縱錐形的玻璃光纖,實現在比塵埃顆粒更小的光纖錐端發射。令人驚訝的是,由錐尖形成的光強,或在空...

  研究人員已經首次證明了激光可以在空芯光纖的中心處生成,通過操縱錐形的玻璃光纖,實現在比塵埃顆粒更小的光纖錐端發射。令人驚訝的是,由錐尖形成的光強,或在空心的中心自動對齊的“微尖”,會隨著激光功率的增加越來越強的聚集在中心處。
  “往光纖中激勵非常高功率的激光時,特別是空心光纖,是非常困難的,因為通常需要大量的電子和光學設備來保持對齊,”羅素·菲利普解釋說,他是馬克斯普朗克研究所埃朗根光學科學部門的主任。“這可以利用我們的新係統,通過直接把微尖注入到空芯中,然後再緩慢轉變成激光功率。一旦微尖自我穩定後,你可以上調激光功率而不會造成任何改變或破壞。”
  在擁有高影響因子的美國光學學會的期刊《光學》 Optica上,研究人員報告說,幾乎百分之九十的激光是從微尖轉移到空芯光纖中的。這一新的工作可以提高空心光纖這一新型光纖的應用,這類光纖具有中空的核心,而不是一類似傳統光纖那樣的玻璃纖維。中空纖維在處理高功率激光時有特別好的性能,可能在對金屬、塑料、木材等材料進行激光加工和切割的應用上有很大潛質。
  在創建這種微尖上,研究人員開始用直徑約100微米的普通單模光纖。他們加熱這種纖維使它們能夠伸展形成一個錐形的結構,然後用鹽酸進行蝕刻光的纖端麵來創建一個約100納米的直徑的微尖,這要小於可見光的波長,且長度小於1毫米。
  研究人員通過把微尖結構嵌入到空芯光纖中創造了光學阱,然後往單模光纖中注入高功率1064nm的激光束。當激光光束進入光纖錐結構時,它就會在微尖處展開並傳播到空芯光纖的空間中。當錐結構逐漸變得越來越小,在光纖錐的邊界處光強密度會變得很大,這使得光線反射到錐形光纖中。這種反射光會形成一種微尖的機械力,形成一個光學陷阱。
  “微尖結構放置的位置恰好能使光注入到空芯光纖中,而不用任何電子或其它係統設備維持,”羅素說。“如果任何組件移動了一點,激光器不會有影響,因為微尖結構具有自校準和自穩定特性。”
  除了能夠有效地耦合大功率激光到空芯光纖中,新係統提供了一種研究由光產生機械力或者光力學情況的新方法,特別是這種非常低的壓力。科學家想研究高真空條件下的光學力,但實際中遇到一些阻礙,因為當氣壓低於大氣壓水平時粒子就會跳出光陷阱,而這其中的原因尚未完全明了。
  “微尖結構的優點就在於它更像一個非常小的粒子,但因為它是一端牢固地連接到一個堅固的光纖上,因此它不會在逃離光學阱後丟失,”羅素說。“該係統使我們能夠測量其中的力,這在其它係統中幾乎是不可能的,使我們探索基礎物理學的這一不是很好理解的領域更加可行。”

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