光学新突破驯服光丝.pdfVIP

光学新突破驯服光丝

光学新突破驯服光丝

在合适的条件下,强激光脉冲形成的窄细丝可以把一股

能量打到远处的位置上,或者产生出一个时间和频率上合适

的光脉冲.然而,这些光丝却难以控制.在

PhysicalReviewLetters上,一篇文章展示了光丝其实可以

用性质在空间上呈周期变动的材料来稳定住,并且光丝间的

相互作用也因而保持稳定[2].

光束聚集于一个小点后自然而然会在小点后散开,这是因为

衍射.但如果光足够强,它会作用于空气或玻璃这些介质,提

高它们的折射率.特别明显的是在光束的中心,那里的光最

强.这种改变就相当于一块透镜自聚焦于光束,平衡掉衍

射的效应.光束形成了空间孤子,维持着恒定的直径.

当光脉冲比光孤子还亮的时候,就能继续聚焦自身直至它通

过的空气或玻璃电离,形成等离子体为止.这一强而窄的光

束就叫做光丝.光丝中心的等离子体阻止它完全崩溃,维持

着稳定的数十微米的直径.

这个领域很活跃,主要是因为有广泛的应

用.SteliosTzortzakis说道.他任职于希腊伊拉克利翁的

希腊研究和技术基金会(FORTH),以及克里特大学.例如,光

丝产生的灼热等离子体可被用来研究危险样品的光学特征,

这些样品需要在一个安全距离外观察,如放射物或熔融物.

光与等离子体的相互作用还可以生成极短脉冲,可用于观察

第2页

超快化学过程.还有其他潜在的应用,如产生强太赫兹辐射,

应用到机场扫描器上.

关键的挑战在于,光与材料的复杂作用与它们自身是密切相

关的.脉冲在时间和空间上不断地聚焦和散焦.这意味着你

没法很好地控制它,Tzortzakis说.其实Tzortzakis和同

事们早先的工作已从理论上说明了如何稳定光丝,方法就是

在光子晶体内打造光丝.光子晶体是一种光学性质在空

间上周期变化的晶体[1].在衍射光栅作用下,光丝在晶体内

传播,但可以被控制住,抵消掉不定时发生的聚焦和散焦.这

就避免了光束中心亮度的变化.Tzortzakis和同事们已演示

了这种效应.

保持过程.一束激光脉冲沿着周期性改性的玻璃线传播(下

方灰色的图片),形成更为均匀和长寿的强细丝.

为了在一块玻璃里制作出光子晶体,研究者用激光烧出一

些长而平行的通道,通道内材料的折射率被轻微改变.然后

他们把飞秒激光脉冲打入通道内.如预期一样,晶体导致这

些受控的额外传播更为稳定,持续了更长时间.Tzortzakis

说还有一些方法可以在空气中雕琢出类似的模式,例如,可

以创造出临时的电离模式来引导光丝.

当两束光丝同时产生,它们可以相互作用,因为每一束都改

变了其附近的玻璃的性质.在晶体里打入几对光丝可使这种

第3页

相互作用更容易发生.实验展示了一束光丝可以牺牲自己来

为另一束光丝补充能量和扩展范围,如果不是这样,那束光

丝就会变弱.

可以肯定光丝是难以控制的,DemetriosChristodoulides

说.他任职于位于奥兰多的中佛罗里达大学.先前他曾用光

子晶体来控制孤子,而不是光丝.他把运用晶体控制光丝这

项工作称作调控奇异脉冲的一次进步.

–DonMonroe

DonMonroe是新泽西玛瑞山的一名自由科学作者.

第4页