美國研究人員開發出新型空芯光纖激光器

堪薩斯州立大學的兩位物理學副教授Kristan Corwin（左）和BrianWashburn（右）發明了一類被授予專利的新型激光器。

由包括堪薩斯州立大學的物理研究人員在內的一個團隊開發了一類新的激光器，其可以幫助科學家測量與遙遠的目標之間的距離，確定在大氣中存在的某些氣體和從太空中發送回來地球的圖像。

這些節能的激光器具有便攜性，可以產生那些難以達到的波長的光，並且具有擴展到高功率的潛力。

這種新的激光器由Brian Washburn和KristanCorwin發明，他們都是堪薩斯州立大學藝術與科學學院的物理學副教授，以及2012年5月畢業的物理學博士研究生Andrew Jones和2014年5月畢業的物理學研究生Rajeshkadel。其他的貢獻者包括三位新墨西哥大學物理學和天文學研究人員：終身教授和系主任Wolfgang Rudolf，研究助理教授VasudevanNampoothiri和博士生Amarin Ratanavis；來自弗吉尼亞的光學和光子物理學家John Zavada將他們聯繫在了一起。

新的激光器是基於光纖的，並利用各種分子氣體來產生激光。它們不同於傳統的大而笨重並有鏡子來反射光的玻璃管激光器。而新型激光器則用一種具有蜂窩結構的空芯光纖來儲存氣體和傳導光線。這種光纖充滿了分子氣體，如氰化氫或乙炔。另一個激光器用來激發這些氣體，使被激發的氣體中的一個分子自發發光。然後該氣體中的其它分子很快就跟在後面一起發光，從而產生激光。

「通過把氣體集中在空芯的纖心內，我們可以不必把大量的能量注入到激光器中就能得到很高的光強，」Corwin說。「如果你有一個與之一樣大小的玻璃管，並將光注入到它裡面去，光會從側面漏出來。實際上是它的結構使它能夠工作的。」

該結構還具有可攜帶性。與易碎且笨重不易移動的傳統的激光器相比，這些研究人員發明的光纖激光器更耐用，其厚度只有一根頭髮絲大小，並且可以纏繞起來以便緊湊地存儲和運輸。

「小就是好，」Washburn說。「你可以像繩子一樣把光纖捲起來。」

該發明過程開始於Zavada將具有將氣體裝進空心光纖的技術的Washburn和Corwin和擅長於製造光泵浦氣體激光器的Rudolph和Nampoothiri聚到一起之後。

「我們努力思考如何一起工作，然後經過約一年半時間之後，我們想出了這個方案，」Corwin說。

這些發明者的激光器使用氣體，這是一種在生產商轉到固態材料之前流行的方法。例如，直到上世紀90年代中期，雜貨店的掃描儀都還是氣體激光器，而現在雜貨店掃描儀使用的已經是固態激光器。

「我們所做的是在一種新的包裝方式下使用了老式技術中的介質，」Washburn說。

在美國空軍科學研究處和研究實驗室的資助下,這些研究人員正在使用法國Limoges大學Xlim研究所FetahBenabid提供的光纖來繼續研究和改進該激光器。

Jones和Kadel現在已經進入工業領域工作，兩位都在從事激光器的研究與設計。Jones是洛克希德馬丁公司的高級光學工程師，而Kadel在Calmar激光公司任光學工程師。

專利號為9106055的美國專利:《充氣空芯纖維》在2015年獲得授權，該專利由堪薩斯州立大學研究基金會——堪薩斯州立大學的一個負責管理技術轉移工作的非營利組織，新墨西哥大學技術轉移和經濟發展組織STC.UNM以及Zavada共同擁有。

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