Fortschritte in der Hochintensitätslaserabgabe

Forscher arbeiten daran, hochintensive Laserimpulse effektiv zu übertragen. Ein vielversprechender Ansatz sind Hohlkernfaser, die es dem Laserlicht ermöglichen, mit minimalem Verlust zu reisen. In diesem Artikel geht es um spezielle Hohlkernfaser, bekannt als geschachtelte anti-resonante Faser, um intensive Laserimpulse in hoher Qualität zu liefern.

#Was sind Hohlkernfaser?

Hohlkernfaser sind Rohre, die Licht durch einen leeren Raum in der Mitte leiten, statt durch festes Glas. Dieses Design minimiert die Interaktion zwischen Licht und Glas, sodass mehr Leistung übertragen werden kann, ohne die Faser zu beschädigen. Geschachtelte anti-resonante Faser sind eine spezielle Art von Hohlkernfaser mit einzigartigen Strukturen, die ihre Leistung verbessern.

#Das Experiment

In den aktuellen Experimenten verwendeten die Forscher einen 800 nm Laser, der im nahen Infrarotbereich liegt, um Laserimpulse zu erzeugen. Diese Impulse hatten eine Spitzenleistung von etwa 5 Gigawatt (GW) und dauerten nur 40 Femtosekunden (fs), was extrem kurz ist. Um sicherzustellen, dass das Licht effizient durch die Faser reisen kann, passten sie die Eingangspulse an, um ein Phänomen namens Dispersion auszugleichen, das den Impuls verbreiten kann.

#Ergebnisse der Studie

Die Ergebnisse waren vielversprechend. Das Team lieferte erfolgreich hochwertige Laserimpulse durch eine 10 Meter lange Hohlkernfaser, die eng gewickelt war. Sie fanden heraus, dass sie die Faser durch laserlicht nach dem Evakuieren vordämpfen konnten, um die Qualität der Ausgangsimpulse erheblich zu verbessern. Dieser Prozess schien zu helfen, Gase aus dem Faser-Kern zu entfernen, was die Übertragung des Laserlichts verbesserte.

#Plasmaeffekte und deren Management

Wenn hochintensive Laserimpulse durch die Faser gehen, können sie restliches Gas ionisieren und Plasma erzeugen. Dieses Plasma kann die Laserimpulse verzerren und die Übertragung weniger effizient machen. Durch die Experimente identifizierten die Forscher, dass die Hauptquelle für Schäden an der Schnittstelle lag, wo der Faser-Kern auf die Wand trifft. Durch sorgfältiges Management der Energielevels konnten sie die Ausgangsenergie auf 2,1 Millijoule (mJ) steigern und eine Ausgangsspitzenleistung von 20 GW erreichen.

#Bedeutung des richtigen Faserdesigns

Die Studie hebt hervor, dass die Verwendung von Hohlkern-Mikrostrukturfasern vorteilhaft für die Hochleistungs-Laserübertragung ist. Das einzigartige Design dieser Faser ermöglicht eine effektivere Übertragung von Licht als bei traditionellen Fasern. Während einfache Hohlrohre ebenfalls intensive Laserstrahlen transportieren könnten, sind sie nicht flexibel oder effizient auf längeren Strecken. Im Gegensatz dazu halten geschachtelte anti-resonante Faser eine hervorragende Lichtübertragung, selbst wenn sie gebogen werden.

#Experimentelle Anordnung

Für das Experiment wurde ein Ti:Saphir-Laser verwendet, um die Impulse zu erzeugen. Verschiedene optische Komponenten wurden genutzt, um die Leistung zu steuern und die Eigenschaften des Impulses anzupassen. Zunächst half ein Dünnfilm-Polarizer, die Ausgangsleistung des Lasers zu kontrollieren, und gezippte Spiegel wurden verwendet, um die Impulsdauer und -form zu verwalten. Eine Hohlkapillarfaser diente als erster Filter, um den Strahl zu stabilisieren, bevor er in die grössere Hohlkernfaser eintrat.

Die Forscher konzentrierten den Strahl sorgfältig in die Faser und stellten sicher, dass das Licht so effizient wie möglich reisen konnte. Sie verwendeten eine Anordnung, um die Ausgangsimpulse zu analysieren und zu bestätigen, dass die gewünschten Eigenschaften erreicht wurden, nachdem das Licht die Faser verlassen hatte.

#Beobachtungen zur Faserleistung

Das Team beobachtete, dass nach dem Vordämpfen der Faser mit hochintensivem Licht die Ausgangsimpulse eine anfängliche Verschiebung ihres Spektrums zeigten. Über die Zeit entsprach das Spektrum jedoch wieder dem ursprünglichen Eingang und zeigte, dass die Faser ihre Effizienz und Leistung beibehielt. Diese "Spektrenentspannung" deutete darauf hin, dass das Gas innerhalb der Faser effektiv gemanagt wurde.

#Auswirkungen für zukünftige Anwendungen

Die erfolgreiche Lieferung dieser hochintensiven Laserimpulse könnte spannende Auswirkungen in verschiedenen Bereichen haben. Die Fähigkeit, solche Energie über Distanzen mit flexiblen Fasern zu übertragen, eröffnet potenzielle Anwendungen in der nichtlinearen Optik und Fortschritten in der Lasertechnologie. Das könnte zu neuen Methoden für Experimente oder zur Entwicklung von Laserquellen für verschiedene Anwendungen führen.

#Fazit

Die Forschung zeigte eine effektive Methode zur Übertragung von ultra-kurzen Laserimpulsen mithilfe spezialisierter Hohlkernfaser. Durch das Verständnis und Management der Herausforderungen, die mit hochintensiven Impulsen verbunden sind, machten die Forscher bedeutende Fortschritte bei der Umsetzung dieser Technologien in praktischen Anwendungen. Die Fähigkeit, Energie auf höheren Ebenen zu übertragen und dabei Schäden an der Faser zu minimieren, ist ein bemerkenswerter Erfolg und ebnet den Weg für zukünftige Entwicklungen in der Lasertechnologie.

Mit dem Grundstein, der in dieser Studie gelegt wurde, gibt es grosses Potenzial für weitere Erkundungen und Verfeinerungen dieser Techniken, was möglicherweise zu innovativeren Anwendungen hochintensiver Laserimpulse in wissenschaftlichen und industriellen Bereichen führt.