基于多模液芯光纖空心光束的產(chǎn)生及特性研究.pdf

1、空心光束(HLB)在微觀粒子的冷卻與囚禁、激光加工及生物醫(yī)學(xué)等方面有著廣泛的應(yīng)用，其產(chǎn)生方法與特性目前仍是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。HLB通常能利用幾何光學(xué)法、模式轉(zhuǎn)換法、計(jì)算全息法等方法產(chǎn)生，但是產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)裝置很復(fù)雜。近年來又提出利用中空光纖法、多模石英光纖法以及液芯光子晶體光纖法產(chǎn)生HLB，然而，中空光纖法的損耗較大;多模石英光纖法的產(chǎn)生效率低、受光纖彎曲的影響較大;液芯光子晶體光纖法的成本高且充液技術(shù)難度大。針對(duì)以上問題，本文首次提出激光

2、斜入射多模液芯光纖(LCOF)產(chǎn)生HLB的方法，并對(duì)其特性進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。
　　從光波在光纖中傳播的光線理論和波動(dòng)理論出發(fā)，分別研究了大芯徑和小芯徑多模光纖產(chǎn)生HLB的原因，并對(duì)其相位與偏振特性進(jìn)行了分析。利用Zemax光學(xué)仿真軟件對(duì)大芯徑LCOF產(chǎn)生HLB的系統(tǒng)建模，仿真分析了HLB的暗斑尺寸、環(huán)狀光束寬度以及HLB質(zhì)量隨著LCOF的長(zhǎng)度、芯徑、激光入射角度的變化規(guī)律。然后搭建了利用LCOF產(chǎn)生HLB的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以CS2作

3、為芯液材料對(duì)理論結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明，利用LCOF可產(chǎn)生高質(zhì)量可控的HLB，其暗斑尺寸隨激光入射角度的增加而增加，隨光纖芯徑的增加而減小，但幾乎不隨光纖長(zhǎng)度而變化;HLB環(huán)狀光束寬度僅與光纖芯徑有關(guān);HLB質(zhì)量與斜光線在光纖中發(fā)生全反射的次數(shù)有關(guān)，通過增加光纖長(zhǎng)度、減小芯徑可有效提高光束質(zhì)量;實(shí)驗(yàn)上采用芯徑為100μm、長(zhǎng)度為1m的LCOF，入射角度為10°，獲得了高質(zhì)量的細(xì)環(huán)HLB。
　　實(shí)驗(yàn)研究了多模LCOF產(chǎn)生的HL