项目概述

    德国哥廷根大学的科学家们提出将拉伸的柔性中空纤维用作高能脉冲压缩器的波导。这种方法几乎不受光纤长度的影响，因此具有极佳的直线度。它特别适用于内径远大于波长的光纤，在这种情况下，光纤长度的主要限制因素是不希望的光纤弯曲造成的损耗。

行业困境

    要产生超短、少周期的激光脉冲，必须要有超宽带辐射。由于没有增益材料具有足够宽的增益带宽，因此必须对放大的脉冲采用非线性光谱增宽方法。这一点在紫外光谱范围内尤为重要，因为该区域现有的增益材料无法放大短于 100 fs 的脉冲。高能激光脉冲的光谱扩展通常是通过填充在空心波导中的惰性气体的自相位调制来实现的。该技术的一个关键点是，空心光纤是多模波导，核心材料（惰性气体）的折射率小于包层材料（熔融石英）的折射率，因此在接口处不会发生全内反射。因此，导波能力不如传统光纤，导致传播损耗增大，从而限制了非线性相互作用的长度。此外，由于光纤弯曲，基本模式的损耗比高阶模式的损耗增加得更快。由于技术等方面的原因，在大多数实际情况下，光纤长度被限制在 1 米以内。

创新解决方案

    发明人通过使用拉伸的柔性中空纤维作为波导，引入了一种使用刚性中空纤维的替代方法，这允许使用比以前设置更长的纤维，而不会引入相当大的弯曲损失。需要压缩更高能量的脉冲。考虑到可用惰性气体的特性，在紫外和红外中压缩几毫焦耳和几十毫焦耳的脉冲似乎是可能的。在这些情况下，由于电离问题，光纤的横截面必须大幅增加，这导致传播损耗迅速降低，从而能够使用相当长的光纤。

    此外，为了防止波导前方的非线性效应，希望沿毛细管施加压力梯度，这通过减少有效相互作用长度，也需要更长的光纤。这些想法产生了下图所示的光纤单元。这种结构允许在光纤两端之间施加压力梯度，这有利于压缩高能脉冲，因为它允许我们疏散光纤前方的焦点区域，通过防止电离引起的散焦效应来优化光束发射。在制造过程中，毛细管穿过玻璃管，并被10-15N的力拉动。支撑玻璃管组件的方向使其在整个长度上不会接触到拉伸的毛细管。然后用环氧树脂胶将波导两端粘合到管中，长度约为10mm。固化后，用金刚石工具在粘合区域内切割纤维。由于支架仅在两端固定光纤，因此支架不必是直的；在粘合过程期间和之后保持恒定的形状就足够了。

    该方法的可行性在3米长的装置上进行了实验测试，结果表明其传输达到了理论极限，从光纤出射的光束受到衍射限制。进一步的测试证实，新设计的光纤组件可以实现相当大的光谱展宽。所提出的方法也非常适合在中空纤维中实现压力梯度。由于其属性和可扩展性，拉伸的柔性毛细管波导为压缩多毫焦耳激光脉冲开辟了新的前景，特别是在紫外光谱范围内，增加光纤长度具有显著优势。

优势和应用

● 光纤长度可自由调节，同时传输率高

● 可压缩更高能量的激光脉冲

● 衍射受限的输出光束

● 为压缩多毫焦激光脉冲（尤其是紫外光谱范围内的脉冲）开辟了新的前景

合作模式

该技术的工艺测试成功，并增加了多项改进，可提供基于专利的进一步开发与合作。