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深度解讀

可用于發(fā)射高功率激光的光學捕獲系統(tǒng)

星之球激光 來源:實驗幫2016-05-23 我要評論(0 )   

  研究人員已經(jīng)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(xiàn)在比塵埃顆粒更小的光纖錐端發(fā)射。令人驚訝的是,由錐尖形成的光強,或在空...

  研究人員已經(jīng)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(xiàn)在比塵埃顆粒更小的光纖錐端發(fā)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(shè)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系統(tǒng),通過直接把微尖注入到空芯中,然后再緩慢轉(zhuǎn)變成激光功率。一旦微尖自我穩(wěn)定后,你可以上調(diào)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(zhuǎn)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(yīng)用,這類光纖具有中空的核心,而不是一類似傳統(tǒng)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(yīng)用上有很大潛質(zhì)。
  在創(chuàng)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(jié)構(gòu),然后用鹽酸進行蝕刻光的纖端面來創(chuàng)建一個約100納米的直徑的微尖,這要小于可見光的波長,且長度小于1毫米。
  研究人員通過把微尖結(jié)構(gòu)嵌入到空芯光纖中創(chuàng)造了光學阱,然后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(jié)構(gòu)時,它就會在微尖處展開并傳播到空芯光纖的空間中。當錐結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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系統(tǒng)設(shè)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(jié)構(gòu)具有自校準和自穩(wěn)定特性。”
  除了能夠有效地耦合大功率激光到空芯光纖中,新系統(tǒng)提供了一種研究由光產(chǎn)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??茖W家想研究高真空條件下的光學力,但實際中遇到一些阻礙,因為當氣壓低于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(jié)構(gòu)的優(yōu)點就在于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后丟失,”羅素說。“該系統(tǒng)使我們能夠測量其中的力,這在其它系統(tǒng)中幾乎是不可能的,使我們探索基礎(chǔ)物理學的這一不是很好理解的領(lǐng)域更加可行。”

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高功率激光空芯光纖耦合激光器
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