Kapillar-SBS-Spiegel

Neben den Glasfasern lassen sich optische Wellenleiter auch mit Kapillaren, die mit einer Flüssigkeit gefüllt sind, realisieren. Entscheidend ist dabei, dass die Flüssigkeit eine höhere Brechzahl aufweist als die Kapillare. Als Flüssigkeit zur Realisierung eines Kapillarwellenleiters, bietet sich insbesondere CS2 an. Zum einen beträgt die Brechzahl n = 1,6 und ist damit um einiges größer als der Brechungsindex der meisten Glassorten. Wird z.B. Quarz als Kapillarmaterial verwendet, dann führt der Brechzahlunterschied zu einer numerischen Apertur von 0,68. Zusätzlich weist CS2 mit gB = 150 cm/GW den mit Abstand größten bekannten Brillouin-Verstärkungskoeffizienten auf. Die Schallwellenlebensdauer tB von CS2 liegt bei 6.4 ns. Skizze der Kapillarenform:

Zum Befüllen und für eine bessere Handhabbarkeit befanden sich die Kapillare in einem Überrohr aus Duranglas, das mit zwei Fenstern durch die das Licht eingestrahlt wird, abgeschlossen war. Die untersuchten Kapillaren hatten einen Innendurchmesser von 20 µm bzw. 40 µm. Reflexionsverhalten unterschiedlicher Kapillare:

Es zeigt sich, dass sich mit den Kapillaren sehr geringe Spitzenleistungsschwellen realisieren lassen. Bei der Kapillare mit einem Innendurchmesser von 20 µm liegt die Schwelle nur bei 25 W. Die Kapillare mit einen Innendurchmesser von 40 µm hat eine SBS-Schwelle von nur 1,6 µJ, was eine Spitzenleistung von 64 W bedeutet und dieses bei nur 50 cm Wechselwirkungslänge. Der maximale Reflexionsgrad liegt über 80%. Negative Effekte wie optisch Durchbrüche oder Bläschenbildung wurden bei der geringen Pulswiederholrate von 20 Hz nicht beobachtet. Anders ist das Verhalten bei hohen Wiederholraten, d.h. bei höheren mittleren Leistungen. Die untere Abbildung zeigt die mit dem diodengepumpten Yb:YAG-Laser gemessen Reflektivität als Funktion der mittleren eingestrahlten Leistung. Die Pulswiederholrate betrug 5 kHz und die Pulsdauer war 220 ns lang. Der Schwellwert bezogen auf die Spitzenleistung lag bei 57 W. Insgesamt konnte aber nur ein geringe Reflektivität von knapp 37 % erzielt werden. Denn ab etwa 1 W mittlerer Leistung kam es zu einer Bläschenbildung in der Kapillare und die SBS ist zusammengebrochen. Aufgrund des geringen Dampfdruckes vom CS2 reichen schon geringer Erwärmungen und vor allen Dingen sehr geringe Verunreinigungen aus, damit das CS2 lokal verdampft. Der Grenzwert von 1 W mittlerer Leistung hängt stark von der Reinheit des CS2 ab.