微米級(jí)玻璃錐形管引導(dǎo)的激光強(qiáng)聚焦.pdf

1、目前在越來(lái)越多的領(lǐng)域需要用到一束尺寸小，強(qiáng)度高的聚焦激光。在現(xiàn)有的透鏡和面鏡組成的聚焦系統(tǒng)難以滿足這一要求時(shí)，國(guó)內(nèi)外的諸多小組都積極地投身到這一領(lǐng)域之中，成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。在眾多人的努力下，目前已經(jīng)有許多方法展示出實(shí)現(xiàn)這一目的的可能性，但這些方法也都存在著一些缺點(diǎn)，比如焦距小、效率低、沒(méi)有全面地展示出聚焦激光隨著外界參數(shù)的變化而發(fā)生變化的趨勢(shì)。
　　本工作受微米級(jí)玻璃錐形管能夠引導(dǎo)聚焦離子束的啟發(fā)，嘗試采用微米級(jí)玻璃錐形管代替面鏡

2、和透鏡系統(tǒng)來(lái)引導(dǎo)聚焦激光，并以五維光纖位移臺(tái)搭載小孔徑的光纖掃描微米級(jí)玻璃錐形管聚焦激光后形成的光斑的方式來(lái)定量地確定聚焦后形成光斑的位置、大小和強(qiáng)度，從而了解微米級(jí)玻璃錐形管聚焦激光的能力。
　　經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)微米級(jí)玻璃錐形管對(duì)激光有著較好的聚焦能力，并且與微米級(jí)玻璃錐形管的出口內(nèi)徑有著強(qiáng)烈的依賴關(guān)系。具體表現(xiàn)在隨著微米級(jí)玻璃錐形管的出口內(nèi)徑的減小，聚焦的位置不斷地靠近管口，也就是焦距在不斷地減小，從幾百微米減小到幾十微米，隨著出

3、口內(nèi)徑的減小而呈現(xiàn)近似二分之一次方的減??；同時(shí)聚焦的光斑尺寸也在不斷地減小，近似為隨著出口內(nèi)徑的減小而線性減小，大約為出口內(nèi)徑的三分之一左右；另外聚焦的強(qiáng)度也就是放大倍數(shù)則是在不斷地增大，這與出口內(nèi)徑有著直接的聯(lián)系，即隨著出口內(nèi)徑的減小，放大倍數(shù)呈平方式上升。
　　為了更加利于應(yīng)用，借鑒擴(kuò)散激光經(jīng)過(guò)凸透鏡后聚焦的位置會(huì)向后延伸的事實(shí)，利用透鏡組調(diào)節(jié)出一束帶有微小發(fā)散角的激光入射微米級(jí)玻璃錐形管，在出射強(qiáng)度未明顯衰減的情況下，焦距有

4、效延長(zhǎng)。這種變焦方法為進(jìn)一步的激光單細(xì)胞輻照等需要長(zhǎng)焦距的聚焦激光的應(yīng)用提供了較好幫助。
　　本文第一章主要介紹了幾種在這一領(lǐng)域目前已經(jīng)公開(kāi)發(fā)表的工作情況，包括基于負(fù)折射率材料制作的超級(jí)透鏡、金屬薄膜襯底上周期排列的亞波長(zhǎng)小孔、多模光纖的自聚焦效應(yīng)、平面波角譜合成等方法。
　　第二章是通過(guò)二維時(shí)域有限差分方法(2D-FDTD)，對(duì)微米級(jí)玻璃錐形管引導(dǎo)激光強(qiáng)聚焦進(jìn)行了初步的理論模擬。
　　第三章介紹了一系列用于微米級(jí)玻璃

5、錐形管引導(dǎo)激光強(qiáng)聚焦實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，包括儀器選取的原則和一些具體參數(shù)。
　　第四章介紹了在正式開(kāi)始微米級(jí)玻璃錐形管引導(dǎo)激光強(qiáng)聚焦實(shí)驗(yàn)前的一些準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)。包括光電二極管的測(cè)試、激光器光強(qiáng)分布的測(cè)量還有視頻顯微鏡的刻度標(biāo)定。
　　第五章重點(diǎn)描述了微米級(jí)玻璃錐形管引導(dǎo)激光強(qiáng)聚焦實(shí)驗(yàn)，展示了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了初步的分析討論。
　　第六章是本文的最后一章，主要是對(duì)本工作進(jìn)行了總結(jié)，展望了后續(xù)應(yīng)用，并對(duì)以后進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)提供