微米級玻璃錐形管引導(dǎo)的激光強(qiáng)聚焦.pdf

1、目前在越來越多的領(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。
　　本工作受微米級玻璃錐形管能夠引導(dǎo)聚焦離子束的啟發(fā)，嘗試采用微米級玻璃錐形管代替面鏡

2、和透鏡系統(tǒng)來引導(dǎo)聚焦激光，并以五維光纖位移臺搭載小孔徑的光纖掃描微米級玻璃錐形管聚焦激光后形成的光斑的方式來定量地確定聚焦后形成光斑的位置、大小和強(qiáng)度，從而了解微米級玻璃錐形管聚焦激光的能力。
　　經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)微米級玻璃錐形管對激光有著較好的聚焦能力，并且與微米級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)過凸透鏡后聚焦的位置會向后延伸的事實(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。這種變焦方法為進(jìn)一步的激光單細(xì)胞輻照等需要長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)公開發(fā)表的工作情況，包括基于負(fù)折射率材料制作的超級透鏡、金屬薄膜襯底上周期排列的亞波長小孔、多模光纖的自聚焦效應(yīng)、平面波角譜合成等方法。
　　第二章是通過二維時(shí)域有限差分方法(2D-FDTD)，對微米級玻璃錐形管引導(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始微米級玻璃錐形管引導(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試、激光器光強(qiáng)分布的測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，主要是對本工作進(jìn)行了總結(jié)，展望了后續(xù)應(yīng)用，并對以后進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)提供