Language
Country/Area
No result found
Лазерное чудо 1964 года: как Майкл Герш раскрыл тайны оптических волокон?
В 1964 году учёный Майкл Герш своим удивительным открытием впервые раскрыл тайну распространения лазера в стекле. Его наблюдения привели к пониманию того, что посредством лазерных импульсов луч света может распространяться через среду без дифракции - явление, которое стало известно как распространение «длинного пути» в оптических волокнах. Исследование Herche показало, как свет фокусируется в определенных условиях, что привело к инновациям в лазерных технологиях и проложило путь для последующей оптоволоконной связи.
Herche впервые наблюдала «следы повреждения волокна», образующиеся в стекле под воздействием лазерных импульсов, — явление, которое предвещает, как лазерные технологии изменят сферу связи.
Явление самофокусировки света получило дальнейшее изучение, особенно в 1994 году, когда французский ученый Жерар Мюро и его команда из Мичиганского университета наблюдали лазерные импульсы, распространяющиеся по оптическим волокнам в атмосфере. Используя технологию усиления импульсов Чалпа, Муро и его команда продемонстрировали, что лазеры мощностью до тераватт образуют в атмосфере «оптические волокна», которые не только значительно уменьшают отражение и поглощение, но и повышают способность поддерживать луч.
Эти «оптические волокна» служат волноводами для луча, успешно предотвращая расхождение луча и создавая новый тип применения лазера.
Однако теория оптоволокна еще не идеальна. В 1997 году исследователи из Национальной лаборатории Лос-Аламоса опровергли конкурирующие теории, предложенные для первоначальных оптоволоконных наблюдений, продемонстрировав, что наблюдаемые явления были не просто оптической иллюзией из-за линз или движущегося фокуса, а действительно существовали в лазере. Впоследствии появилось множество продвинутых математических моделей, описывающих различные аспекты этого процесса, а упрощенная модель, предложенная Акозбеком и др., облегчает понимание распространения интенсивных лазерных импульсов в воздухе.
В полупроводниковых средах также можно наблюдать распространение света по оптоволокну. Например, в лазерах поверхностного излучения с вертикальным резонатором с большой апертурой явление волоконообразования также имеет важные применения.
Фемтосекундное лазерное волокнообразование в газовой среде
Явление самофокусировки фемтосекундных лазерных импульсов в газе вызывает еще большее беспокойство. Когда лазерный луч проходит через среду, он может модулировать показатель преломления среды, создавая сложные эффекты оптического волокна. Это явление связано с нелинейными оптическими эффектами, которые в основном связаны с взаимодействием высокоэнергетических лазеров и молекул газа.
Для реализации явления самофокусировки необходимо, чтобы пиковая мощность лазерного луча превысила определенную критическую точку. Такая ситуация обычно возникает в лазерах высокой энергии, требующих сотни миллионов ватт.
Кроме того, при фокусировке короткого лазерного импульса происходит интересное явление: лазерный луч после геометрической фокусировки перефокусируется. Согласно теории гауссова луча, ширина луча должна постепенно увеличиваться по мере удаления от геометрического фокуса, но в случае лазерной расволокнивания луч быстро перефокусируется, и этот процесс бесконечен;
Фиберализация в фотореакционных системах
В системах фотополимеризации также уделяется внимание образованию и распространению волокон. Эти системы демонстрируют оптическую нелинейность, подобную эффекту Керра, за счет нелинейного усиления световых реакций. Оптические волокна могут быть созданы из некоторых фотополимеризованных материалов из-за самозахвата и нестабильной имитации световых лучей.
Эти фотореактивные системы способны генерировать оптические волокна из пространственно и временно несогласованных источников света, что еще больше расширяет разнообразие лазеров и их применений.
Что касается потенциальных применений, волоконные лазерные импульсы можно преобразовать в широкополосные импульсы, что открывает возможности для множества новых применений. В частности, использование лазерно-индуцированной плазмы позволяет выполнять различные спектральные анализы, не вызывая оптических повреждений, и играет роль в лазерной резке и прецизионной обработке тонкого стекла.
Например, исследовательская группа из Университета Мэриленда однажды использовала оптические волокна, генерируемые короткими лазерными импульсами, для успешного создания оптических волноводов в воздухе, которые действуют в течение нескольких миллисекунд, что еще больше улучшило эффект передачи оптических сигналов. В эксперименте 2021 года технология использования лазера для направления молнии повысила вероятность создания в будущем лазерных громоотводов.
По мере того как научное сообщество проводит углубленные исследования в области оптических волоконных технологий, различные новые открытия будут продолжать способствовать изменениям в этой области. Как мы будем применять эти лазерные технологии для улучшения нашей жизни и технологий в будущем?
