微米级玻璃锥形管引导的激光强聚焦

发布时间：2017-04-25 17:13

  本文关键词：微米级玻璃锥形管引导的激光强聚焦，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前在越来越多的领域需要用到一束尺寸小,强度高的聚焦激光。在现有的透镜和面镜组成的聚焦系统难以满足这一要求时,国内外的诸多小组都积极地投身到这一领域之中,成为一个研究热点。在众多人的努力下,目前已经有许多方法展示出实现这一目的的可能性,但这些方法也都存在着一些缺点,比如焦距小、效率低、没有全面地展示出聚焦激光随着外界参数的变化而发生变化的趋势。本工作受微米级玻璃锥形管能够引导聚焦离子束的启发,尝试采用微米级玻璃锥形管代替面镜和透镜系统来引导聚焦激光,并以五维光纤位移台搭载小孔径的光纤扫描微米级玻璃锥形管聚焦激光后形成的光斑的方式来定量地确定聚焦后形成光斑的位置、大小和强度,从而了解微米级玻璃锥形管聚焦激光的能力。经过试验发现微米级玻璃锥形管对激光有着较好的聚焦能力,并且与微米级玻璃锥形管的出口内径有着强烈的依赖关系。具体表现在随着微米级玻璃锥形管的出口内径的减小,聚焦的位置不断地靠近管口,也就是焦距在不断地减小,从几百微米减小到几十微米,随着出口内径的减小而呈现近似二分之一次方的减小;同时聚焦的光斑尺寸也在不断地减小,近似为随着出口内径的减小而线性减小,大约为出口内径的三分之一左右;另外聚焦的强度也就是放大倍数则是在不断地增大,这与出口内径有着直接的联系,即随着出口内径的减小,放大倍数呈平方式上升。为了更加利于应用,借鉴扩散激光经过凸透镜后聚焦的位置会向后延伸的事实,利用透镜组调节出一束带有微小发散角的激光入射微米级玻璃锥形管,在出射强度未明显衰减的情况下,焦距有效延长。这种变焦方法为进一步的激光单细胞辐照等需要长焦距的聚焦激光的应用提供了较好帮助。本文第一章主要介绍了几种在这一领域目前已经公开发表的工作情况,包括基于负折射率材料制作的超级透镜、金属薄膜衬底上周期排列的亚波长小孔、多模光纤的自聚焦效应、平面波角谱合成等方法。第二章是通过二维时域有限差分方法(2D-FDTD),对微米级玻璃锥形管引导激光强聚焦进行了初步的理论模拟。第三章介绍了一系列用于微米级玻璃锥形管引导激光强聚焦实验的实验设备,包括仪器选取的原则和一些具体参数。第四章介绍了在正式开始微米级玻璃锥形管引导激光强聚焦实验前的一些准备实验。包括光电二极管的测试、激光器光强分布的测量还有视频显微镜的刻度标定。第五章重点描述了微米级玻璃锥形管引导激光强聚焦实验,展示了实验结果。并对实验结果进行了初步的分析讨论。第六章是本文的最后一章,主要是对本工作进行了总结,展望了后续应用,并对以后进一步的实验提供的规划和方向。
【关键词】：玻璃锥形管 微米量级 激光强聚焦 延长焦距
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN24
【目录】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 引言9-17
• 1.1 基于负折射率材料实现的亚波长聚焦9-11
• 1.2 利用周期排列的亚波长小孔实现的亚波长聚焦11-13
• 1.3 利用多模光纤的自聚焦效应实现的亚波长效应13-14
• 1.4 利用平面波角谱合成实现的亚波长聚焦14-15
• 1.5 利用微米级玻璃锥形管实现的亚波长聚焦15-17
• 第二章 微米级玻璃锥形管引导激光强聚焦的理论模拟17-22
• 第三章 微米级玻璃锥形管引导激光强聚焦的实验设备22-32
• 3.1 激光器的选择22-25
• 3.1.1 气体激光器22-23
• 3.1.2 固体激光器23-24
• 3.1.3 半导体激光器24
• 3.1.4 液体激光器24
• 3.1.5 化学激光器24
• 3.1.6 自由电子激光器24-25
• 3.2 制作微米级玻璃锥形管25-26
• 3.3 锥形管位移台的选择与搭建26-28
• 3.4 光纤的选择28
• 3.5 光纤位移台的选择28-29
• 3.6 视频显微镜的选择29-30
• 3.7 光电转换设备的选择30
• 3.8 测量光电流设备的选择30-32
• 第四章 微米级玻璃锥形管引导激光强聚焦的实验准备32-35
• 4.1 测量光电二极管32-33
• 4.2 测量激光器的光强分布33-34
• 4.3 视频显微镜的刻度标定34-35
• 第五章 微米级玻璃锥形管引导激光聚焦的实验及结果35-45
• 第六章 总结与展望45-47
• 参考文献47-49
• 在学期间的研究成果49-50
• 致谢50

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1 陈明;蒲家宁;;圆锥形管道中的瞬变流分析(英文)[J];后勤工程学院学报;2007年03期

2 是长春,王为国,吴望一;圆球沿无限长锥形管道运动的轴对称蠕流[J];北京大学学报(自然科学版);1988年01期

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1 林崇楠;微米级玻璃锥形管引导的激光强聚焦[D];兰州大学;2016年

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