在合适的条件下,强激光脉冲形成的窄细丝可以把一股能量打到远处的位置上,或者产生出一个时间和频率上合适的光脉冲.然而,这些光丝却难以控制.在PhysicalReviewLetters上,一篇文章展示了光丝其实可以用性质在空间上呈周期变动的材料来稳定住,并且光丝间的相互作用也因而保持稳定[2].
光束聚集于一个小点后自然而然会在小点后散开,这是因为衍射.但如果光足够强,它会作用于空气或玻璃这些介质,提高它们的折射率.特别明显的是在光束的中心,那里的光最强.这种改变就相当于一块透镜"自聚焦"于光束,平衡掉衍射的效应.光束形成了"空间孤子",维持着恒定的直径.
当光脉冲比光孤子还亮的时候,就能继续聚焦自身直至它通过的空气或玻璃电离,形成等离子体为止.这一强而窄的光束就叫做光丝.光丝中心的等离子体阻止它完全崩溃,维持着稳定的数十微米的直径.
"这个领域很活跃,主要是因为有广泛的应用."SteliosTzortzakis说道.他任职于希腊伊拉克利翁的希腊研究和技术基金会(FORTH),以及克里特大学.例如,光丝产生的灼热等离子体可被用来研究危险样品的光学特征,这些样品需要在一个安全距离外观察,如放射物或熔融物.光与等离子体的相互作用还可以生成极短脉冲,可用于观察超快化学过程.还有其他潜在的应用,如产生强太赫兹辐射,应用到机场扫描器上.
关键的挑战在于,光与材料的复杂作用与它们自身是密切相关的.脉冲在时间和空间上不断地聚焦和散焦."这意味着你没法很好地控制它,"Tzortzakis说.其实Tzortzakis和同事们早先的工作已从理论上说明了如何稳定光丝,方法就是在"光子晶体"内打造光丝."光子晶体"是一种光学性质在空间上周期变化的晶体[1].在衍射光栅作用下,光丝在晶体内传播,但可以被控制住,抵消掉不定时发生的聚焦和散焦.这就避免了光束中心亮度的变化.Tzortzakis和同事们已演示了这种效应.
M.Bellec/FORTH
保持过程.一束激光脉冲沿着周期性改性的玻璃线传播(下方灰色的图片),形成更为均匀和长寿的强细丝.
为了在一块玻璃里制作出光子晶体,研究者用激光"烧出"一些长而平行的通道,通道内材料的折射率被轻微改变.然后他们把飞秒激光脉冲打入通道内.如预期一样,晶体导致这些受控的额外传播更为稳定,持续了更长时间.Tzortzakis说还有一些方法可以在空气中雕琢出类似的模式,例如,可以创造出临时的电离模式来引导光丝.
当两束光丝同时产生,它们可以相互作用,因为每一束都改变了其附近的玻璃的性质.在晶体里打入几对光丝可使这种相互作用更容易发生.实验展示了一束光丝可以牺牲自己来为另一束光丝补充能量和扩展范围,如果不是这样,那束光丝就会变弱.
可以肯定光丝是"难以控制的,"DemetriosChristodoulides说.他任职于位于奥兰多的中佛罗里达大学.先前他曾用光子晶体来控制孤子,而不是光丝.他把运用晶体控制光丝这项工作称作调控奇异脉冲的"一次进步".
–DonMonroe
DonMonroe是新泽西玛瑞山的一名自由科学作者.
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