瑞利散射揭示了光在纳米光纤中的传播

   日期:2019-01-04     浏览:56    评论:0    
核心提示:光纤是像头发一样的玻璃线,用来引导光线。异常纯净的纤维被证明是长距离传输信息的一种极好的方式,是现代通信系统的基础。传输

光纤是像头发一样的玻璃线,用来引导光线。异常纯净的纤维被证明是长距离传输信息的一种极好的方式,是现代通信系统的基础。传输依赖于所谓的全内反射,其中光线通过有效地在纤维的内表面来回反射来传播。虽然“总”这个词意味着光仍然完全困在光纤中,但物理学定律规定,有些光,以所谓的“消失场”的形式,也存在于光纤之外。在电信技术中,光纤芯比通过的光波长大十倍以上。在这种情况下,消失场很弱,并迅速消失的纤维。纳米纤维的直径小于引导光的波长。在这里,所有的光场都不能适应纳米纤维的内部,在核心外的倏逝场中产生了显著的增强。这使得光可以捕获纳米纤维表面附近的原子(或其他粒子)。

JQI的研究人员与海军研究实验室的科学家合作,开发了一种新的技术,可以通过光学纳米纤维来观察光的传播。其结果是对纤维大小和形状进行无创测量,并实时观察光场如何沿纳米纤维演化。对纳米光纤内部和周围场的直接测量可以深入了解光在这些系统中的传播方式,并为设计定制的倏逝原子阱铺平道路。
在这项工作中,研究人员使用一台灵敏的相机从瑞利散射(Rayleigh)中收集光线,展示了第一次通过光学纳米纤维的实地测量。瑞利散射发生在当光线从比光波长小得多的粒子上反射或散射时。在纤维中,这些粒子可以是玻璃中的杂质或密度波动,从它们散射的光从纤维中喷射出来。这使得人们可以从侧面观察传播的光,就像人们可以通过雾看到一束阳光一样。重要的是,射出的光的数量取决于偏振,或者光的振荡方向,以及每个点的电场强度,这意味着捕捉这些光是观察电场的一种方式。
这里的研究人员感兴趣的是,当光波由所谓的高阶模式组成时,如何理解这个场的传播。这些模式不是像激光指针那样具有统一的空间轮廓,而是看起来像甜甜圈、三叶草或其他更复杂的模式。与最低阶或“基本”模式相比,高阶模式具有一些优势。由于其复杂性,消光场可在感兴趣区域内具有较强的光强,而该区域恰好在光纤的外部。这些高阶模也可以用来制作不同类型的光学图案。纳米纤维还没有标准化,因此对纤维和穿过它们的光进行仔细和完整的表征是使其成为更实用和更适合研究应用的工具的必要步骤。


这个研究小组先前开发了控制纤维制造过程的技术,以支持非常纯的高阶模态。模态质量取决于像光纤核心的宽度以及这种宽度随光纤长度的变化。纤维直径的微小偏差和其他缺陷可能会导致不良的组合和某些模式的潜在损失。通过分析光纤被拉伸成纳米纤维时透射光的变化,他们可以推断在光纤中传播时模式是如何变化的。然而,到目前为止,还没有办法直接测量沿光纤的电场强度,这将提供更多的洞察力和控制如何在捕获原子的位置形成倏逝场。这对于分析传输条件多次变化的纤维,或者在使用过程中纤维发生应变或弯曲的情况,都是有用的。
通过收集瑞利散射的图像,科学家们可以直接看到整个纳米纤维中的电场是如何变化的,以及改变注入光纤的光模式的效果。在

 
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