可用来发射高功率激光的光学捕获系统

2016-05-23 11:30

　　研究人员已经首次证明了激光可以在空芯光纤的中心处生成，通过操纵锥形的玻璃光纤，实现在比尘埃颗粒更小的光纤锥端发射。令人惊讶的是，由锥尖形成的光强，或在空心的中心自动对齐的“微尖”，会随着激光功率的增加越来越强的聚集在中心处。

　　“往光纤中激励非常高功率的激光时，特别是空心光纤，是非常困难的，因为通常需要大量的电子和光学设备来保持对齐，”罗素·菲利普解释说，他是马克斯普朗克研究所埃朗根光学科学部门的主任。“这可以利用我们的新系统，通过直接把微尖注入到空芯中，然后再缓慢转变成激光功率。一旦微尖自我稳定后，你可以上调激光功率而不会造成任何改变或破坏。”

　　在拥有高影响因子的美国光学学会的期刊《光学》 Optica上，研究人员报告说，几乎百分之九十的激光是从微尖转移到空芯光纤中的。这一新的工作可以提高空心光纤这一新型光纤的应用，这类光纤具有中空的核心，而不是一类似传统光纤那样的玻璃纤维。中空纤维在处理高功率激光时有特别好的性能，可能在对金属、塑料、木材等材料进行激光加工和切割的应用上有很大潜质。

　　在创建这种微尖上，研究人员开始用直径约100微米的普通单模光纤。他们加热这种纤维使它们能够伸展形成一个锥形的结构，然后用盐酸进行蚀刻光的纤端面来创建一个约100纳米的直径的微尖，这要小于可见光的波长，且长度小于1毫米。

　　研究人员通过把微尖结构嵌入到空芯光纤中创造了光学阱，然后往单模光纤中注入高功率1064nm的激光束。当激光光束进入光纤锥结构时，它就会在微尖处展开并传播到空芯光纤的空间中。当锥结构逐渐变得越来越小，在光纤锥的边界处光强密度会变得很大，这使得光线反射到锥形光纤中。这种反射光会形成一种微尖的机械力，形成一个光学陷阱。

　　“微尖结构放置的位置恰好能使光注入到空芯光纤中，而不用任何电子或其它系统设备维持，”罗素说。“如果任何组件移动了一点，激光器不会有影响，因为微尖结构具有自校准和自稳定特性。”

　　除了能够有效地耦合大功率激光到空芯光纤中，新系统提供了一种研究由光产生机械力或者光力学情况的新方法，特别是这种非常低的压力。科学家想研究高真空条件下的光学力，但实际中遇到一些阻碍，因为当气压低于大气压水平时粒子就会跳出光陷阱，而这其中的原因尚未完全明了。

　　“微尖结构的优点就在于它更像一个非常小的粒子，但因为它是一端牢固地连接到一个坚固的光纤上，因此它不会在逃离光学阱后丢失，”罗素说。“该系统使我们能够测量其中的力，这在其它系统中几乎是不可能的，使我们探索基础物理学的这一不是很好理解的领域更加可行。”