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研究人員利用皮秒激光器消除迷霧

星之球科技 來源:激光世界2017-03-29 我要評論(0 )   

十多年前,法國里昂一大的一個小組在實(shí)驗室中表明,當(dāng)超快激光脈沖產(chǎn)生的光絲通過迷霧時,它們的衰減并沒有像預(yù)期的那樣多,因為當(dāng)光絲本身被阻塞時,它從周圍的“光子...

十多年前,法國里昂一大的一個小組在實(shí)驗室中表明,當(dāng)超快激光脈沖產(chǎn)生的光絲通過迷霧時,它們的衰減并沒有像預(yù)期的那樣多,因為當(dāng)光絲本身被阻塞時,它從周圍的“光子浴”吸回能量,補(bǔ)充光絲中的能量。

現(xiàn)在,瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)和德國通快公司(Trumpf Scientific Lasers) 的研究人員,正在使用由皮秒激光器產(chǎn)生的光絲,再次在實(shí)驗室中穿過迷霧創(chuàng)建出一條路徑,這條路徑可能允許其他類型的激光束不受阻礙地穿過迷霧和云層。這種通過皮秒激光在迷霧或云層中“開辟出的無障礙通路”,具有很多潛在應(yīng)用,包括自由空間通信、遙感,或更為深遠(yuǎn)地改變局部天氣。

沖擊波清除霧滴

在實(shí)驗裝置中,利用通快的 Dira碟片激光器產(chǎn)生具有 1.3ps 持續(xù)時間、波長 1030nm、能量 100mJ 的脈沖光,該輸出光被輕微聚焦到 40cm長的迷霧室中。激光器的重復(fù)頻率在100~1000Hz 之間變化,平均輸出功率為 10~100W。

迷霧通過排氣口吹到激光束上,為光束提供總共約 50cm 長的迷霧路徑。迷霧本身由平均尺寸為5μm的液滴組成,但其濃度比典型的室外迷霧的濃度高約 100 倍。
飛秒激光產(chǎn)生了三至四根光絲,其大約承載總光束能量的 15%(其余光提供光子?。⒐馐上竦揭粋€屏上,然后通過光學(xué)濾光片 CCD照相機(jī)成像,該光學(xué)濾光片完全阻擋由空氣中的非線性光學(xué)相互作用產(chǎn)生的較短波長的連續(xù)譜,但是僅部分阻擋基頻波長。

通過迷霧的光束透射率從 100Hz重復(fù)頻率下為 0.1%,到 1000Hz 頻率下為 32%。在更高的透射率下,整個光束路徑上,而不僅僅是成絲自身的路徑上,迷霧統(tǒng)統(tǒng)被清除掉了。研究人員假設(shè),光絲中液滴中的能量沉積產(chǎn)生減壓(0.5atm)通道,并且空氣中由此產(chǎn)生沖擊波,從光絲以及更大的光束路徑噴射液滴。

圖1:計算機(jī)模擬顯示,在100~1000Hz的重復(fù)頻率下,由皮秒激光脈沖產(chǎn)生的沖擊波,可以清除氣缸內(nèi)濃度隨時間變化的水滴。注意,較高的重復(fù)頻率可使路徑上無液滴。

雖然重復(fù)頻率為 100Hz 光束中的脈沖,可以在一定程度上從光束路徑中清除液滴,但是脈沖之間的時間足夠長,使得光束中的液滴在脈沖之間得以補(bǔ)充(見圖1)。但是重復(fù)頻率為1000Hz 的光束將產(chǎn)生一種穩(wěn)定狀態(tài),這使得液滴在脈沖之間沒有時間重新進(jìn)入光束路徑。

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皮秒激光器消除迷霧應(yīng)用案例
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