研究人員利用皮秒激光器消除迷霧

十多年前，法國里昂一大的一個小組在實驗室中表明，當超快激光脈沖產生的光絲通過迷霧時，它們的衰減并沒有像預期的那樣多，因為當光絲本身被阻塞時，它從周圍的“光子浴”吸回能量，補充光絲中的能量。

現在，瑞士日內瓦大學和德國通快公司（Trumpf Scientific Lasers） 的研究人員，正在使用由皮秒激光器產生的光絲，再次在實驗室中穿過迷霧創建出一條路徑，這條路徑可能允許其他類型的激光束不受阻礙地穿過迷霧和云層。這種通過皮秒激光在迷霧或云層中“開辟出的無障礙通路”，具有很多潛在應用，包括自由空間通信、遙感，或更為深遠地改變局部天氣。

沖擊波清除霧滴

在實驗裝置中，利用通快的 Dira碟片激光器產生具有 1.3ps 持續時間、波長 1030nm、能量 100mJ 的脈沖光，該輸出光被輕微聚焦到 40cm長的迷霧室中。激光器的重復頻率在100~1000Hz 之間變化，平均輸出功率為 10~100W。

迷霧通過排氣口吹到激光束上，為光束提供總共約 50cm 長的迷霧路徑。迷霧本身由平均尺寸為5μm的液滴組成，但其濃度比典型的室外迷霧的濃度高約 100 倍。

飛秒激光產生了三至四根光絲，其大約承載總光束能量的 15％（其余光提供光子浴）。將光束成像到一個屏上，然后通過光學濾光片 CCD照相機成像，該光學濾光片完全阻擋由空氣中的非線性光學相互作用產生的較短波長的連續譜，但是僅部分阻擋基頻波長。

通過迷霧的光束透射率從 100Hz重復頻率下為 0.1%，到 1000Hz 頻率下為 32%。在更高的透射率下，整個光束路徑上，而不僅僅是成絲自身的路徑上，迷霧統統被清除掉了。研究人員假設，光絲中液滴中的能量沉積產生減壓（0.5atm）通道，并且空氣中由此產生沖擊波，從光絲以及更大的光束路徑噴射液滴。

圖1：計算機模擬顯示，在100~1000Hz的重復頻率下，由皮秒激光脈沖產生的沖擊波，可以清除氣缸內濃度隨時間變化的水滴。注意，較高的重復頻率可使路徑上無液滴。

雖然重復頻率為 100Hz 光束中的脈沖，可以在一定程度上從光束路徑中清除液滴，但是脈沖之間的時間足夠長，使得光束中的液滴在脈沖之間得以補充（見圖1）。但是重復頻率為1000Hz 的光束將產生一種穩定狀態，這使得液滴在脈沖之間沒有時間重新進入光束路徑。

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