激光泵浦碳纳米管在光纤中钻蚀涡旋激波
光学
2026-03-16 v2
摘要
我们首次实验演示了由碳纳米管钻蚀光纤产生的激光诱导涡旋激波。三根标准单模光纤（SMF）样品依次插入装有1 mL单壁碳纳米管（CNT）与甲醇溶液的注射器中，高功率激光分别注入光纤5分钟（SMF 1）、10分钟（SMF 2）和20分钟（SMF 3）。CNT溶液热膨胀产生涡旋声流，被约束在注射器腔体内，显著增加纳米管在光纤尖端的速度与冲击力。产生的激波达到估计的超音速速度（5742 m/s）和高压（6.7 GPa），克服二氧化硅抗拉强度并在光纤中烧蚀出结构化涡旋。对涡旋的材料、几何形状和深度剖面进行表征，提供了碳与二氧化硅层混合的细节，从光纤纤芯中心向外径向增加厚度，并在更长激光周期下增至包层（850 nm至10微米）。测量涡旋的截面与解析模拟结果对比，揭示了前所未有的斐波那契螺旋钻蚀纤芯孔洞，最大深度5微米，同时沿斐波那契螺旋沉积纳米级CNT-二氧化硅层。这些成果指出了激光控制纳米颗粒沉积与光纤尖端涡旋器件制造的新途径，在全光纤涡旋空间相位调制器、光纤传感器、高功率脉冲光纤激光器和生物医学超声神经递质方面具有广阔前景。
引用
@article{arxiv.2512.08538,
title = {Laser-pumped drilling carbon nanotube vortex shock waves in optical fibers},
author = {Ricardo E. da Silva and Marcos A. R. Franco},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.08538},
year = {2026}
}