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(shí)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(qiáng)，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(qiáng)的聚集在中心處。
“往光纖中激勵非常高功率的激光時(shí)，特別是空心光纖，是非常困難的，因?yàn)橥ǔＰ枰罅康碾娮雍凸鈱W(xué)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(xué)科學(xué)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(xué)學(xué)會的期刊《光學(xué)》 Optica上，研究人員報(bào)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(shí)有特別好的性能，可能在對金屬、塑料、木材等材料進(jìn)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(jìn)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(xué)阱，然后往單模光纖中注入高功率1064nm的激光束。當(dāng)激光光束進(jìn)入光纖錐結(jié)構(gòu)時(shí)，它就會在微尖處展開并傳播到空芯光纖的空間中。當(dāng)錐結(jié)構(gòu)逐漸變得越來越小，在光纖錐的邊界處光強(qiáng)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(jī)械力，形成一個光學(xué)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(diǎn)，激光器不會有影響，因?yàn)槲⒓饨Y(jié)構(gòu)具有自校準(zhǔn)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(jī)械力或者光力學(xué)情況的新方法，特別是這種非常低的壓力。科學(xué)家想研究高真空條件下的光學(xué)力，但實(shí)際中遇到一些阻礙，因?yàn)楫?dāng)氣壓低于大氣壓水平時(shí)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(diǎn)就在于它更像一個非常小的粒子，但因?yàn)樗且欢死喂痰剡B接到一個堅(jiān)固的光纖上，因此它不會在逃離光學(xué)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(xué)的這一不是很好理解的領(lǐng)域更加可行。”
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