空心光子晶體光纖氣體吸收池及其制作方法【專利摘要】一種空心光子晶體光纖氣體吸收池及其制作方法，包括一根單模光纖、一個光纖熔接保護套、一根空心光子晶體光纖和一個光電探測器，所述的單模光纖的一端和所述的空心光子晶體光纖的一端熔接構(gòu)成熔接接頭，形成密封的空心光子晶體光纖氣體吸收池的一端，所述的光纖熔接保護套對熔接接頭進行覆蓋保護，其特點在于；所述的空心光子晶體光纖的另一端熔封處理成輸出端，輸出端面與所述的光電探測器的探測面相對但不平行。本發(fā)明有效地改善了現(xiàn)有空心光子晶體光纖氣體吸收池透射光的背景噪聲問題，有體積小、重量輕和穩(wěn)健性高的特點?！緦＠f明】空心光子晶體光纖氣體吸收池及其制作方法【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明涉及氣體吸收池，尤其是一種空心光子晶體光纖氣體吸收池及其制作方法?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]在氣體吸收譜分析、激光頻率穩(wěn)定、冷原子鐘等領(lǐng)域，都需要有一個特定頻率且頻率穩(wěn)定性高的激光器，利用氣體吸收線作為頻率參考進行穩(wěn)頻就是實現(xiàn)這種激光器的一種方法。[0003]氣體吸收池是用氣體吸收線作為頻率參考實現(xiàn)激光穩(wěn)頻的必要部件之一。對于某些吸收強度比較弱的氣體，需要有光與氣體的相互作用的距離較長。此外特別對于星載、機載、車載的應(yīng)用，對穩(wěn)頻激光器還有重量和抗震的要求，因此氣體吸收池還要具有體積小、重量輕和穩(wěn)健性高的特點。[0004]在先常用的一種利用空心光子晶體光纖實現(xiàn)體積小、重量輕和穩(wěn)健性高的氣體吸收池的方案(參見[1]BENABIDF，COUNYF，KNIGHTJC等人.Compact,stableandefficientall-fibregascellsusinghollow-corephotoniccrystalfibres[J].Nature,2005,434(7032):488-491)，該方案是先在空心光子晶體光纖中充入指定氣體，再將空心光子晶體光纖兩端與普通單模光纖熔接，完成空心光子晶體光纖氣體吸收池的制作。但是該方案存在下述問題:由于熔接端面是垂直的，該端面會形成顯著的菲涅耳反射。根據(jù)法布里-珀羅干涉儀的原理，在所述空心光子晶體光纖吸收池中，由于吸收池的兩個端面為互相平行的垂直切割面，吸收池非常容易形成法布里-珀羅諧振腔。因此在空心光子晶體光纖氣體吸收池的透射譜中會存在法布里-珀羅干涉條紋。在先的解決方法有(參B[2]COUNYF，BENABIDF，LIGHTPS.Reduct1nofFresnelBack-Reflect1natSpliceInterfaceBetweenHollowCorePCFandSingle-ModeFiber[J].1EEEPhotonicsTechnologyLetters,2007，19(13):1020-1022.)利用小傾角切割并熔接對應(yīng)的空心光子晶體光纖氣體吸收池和單模光纖。但由于本【
技術(shù)領(lǐng)域：
】內(nèi)公知，對于空心光子晶體光纖斜角的切割難度高，所以此方法操作難度高，不易于實現(xiàn)。[0005]在先空心光子晶體光纖氣體吸收池的方案還有(參見[3]MARTYPT,MORELJ,FEURERT.All-FiberMult1-PurposeGasCellsandTheirApplicat1nsinSpectroscopy[J].JournalofLightwaveTechnology,2OlO,28(8):1236-1240.),該方案將空心光子晶體光纖與多模光纖用硅基V型槽對準，實現(xiàn)光耦合。另由于空心光子晶體光纖的特殊結(jié)構(gòu)，以及制作光子晶體光纖工藝的限制，在光子晶體光纖存在多個模式光場，由于多模式相干致使遠場光斑分布變化。而在使用過程中，因為工藝的限制，模式干涉導(dǎo)致光斑質(zhì)心的持續(xù)變化。[0006]對于在先技術(shù)(參見[I][2][3])，采用空心光子晶體光纖輸出端熔接或?qū)悠胀ü饫w，因為光纖纖芯孔徑尺寸的有限性，相當于在吸收池裝置中引入了一個空間濾波器，這個空間濾波器將導(dǎo)致額外的背景振蕩，引起穩(wěn)頻性能惡化。[0007]因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待改進和發(fā)展。【
發(fā)明內(nèi)容】[0008]本發(fā)明的目的在于克服上述在先技術(shù)的不足，提供一種空心光子晶體光纖氣體吸收池及其制作方法。該空心光子晶體光纖氣體吸收池可消除透射譜背景噪聲中的法布里-珀羅干涉條紋，減小了對應(yīng)的透射譜的背景噪聲振蕩。[0009]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:[0010]一種空心光子晶體光纖氣體吸收池，包括一根單模光纖、一個光纖熔接保護套、一根空心光子晶體光纖和一個光電探測器，所述的單模光纖的一端和所述的空心光子晶體光纖的一端熔接構(gòu)成熔接接頭，形成密封的空心光子晶體光纖氣體吸收池的一端，所述的光纖熔接保護套對熔接接頭進行覆蓋保護，其特點在于；所述的空心光子晶體光纖的另一端熔封處理成輸出端，輸出端面與所述的光電探測器的探測面相對但不平行。[0011]上述的空心光子晶體光纖氣體吸收池的制作方法，該方法包含以下步驟:[0012]I)將單模光纖的輸出端與空心光子晶體光纖的輸入端進行熔接，構(gòu)成熔接接頭，密封所述的空心光子晶體光纖的一端，并使用光纖熔接保護套對熔接接頭進行覆蓋保護；[0013]2)將單模光纖與空心光子晶體光纖置于氣室內(nèi)，對所述的空心光子晶體光纖的纖芯進行充氣；[0014]3)在充氣狀態(tài)下，將所述的空心光子晶體光纖的另一端進行熔融塌縮，將所述的氣體密封在所述的纖芯中形成塌縮端；[0015]4)對所述的空心光子晶體光纖的塌縮端進行處理:[0016]①信號光從所述的單模光纖的自由端輸入，經(jīng)所述的空心光子晶體光纖的塌縮端出射透射光，該透射光由所述的光電探測器接收，該光電探測器輸出的探測信號由相應(yīng)的儀器記錄；[0017]②對空心光子晶體光纖的塌縮端進行打磨、切割或者鍍膜處理，使儀器記錄的探測信號滿足相關(guān)系統(tǒng)的要求，構(gòu)成空心光子晶體光纖的輸出端；[0018]5)固定所述的空心光子晶體光纖及其輸出端和所述的光電探測器。[0019]本發(fā)明與在先技術(shù)相比，有如下優(yōu)點及積極效果:[0020]1、與在先技術(shù)[I]相比，本發(fā)明的空心光子晶體光纖氣體吸收池通過對空心光子晶體光纖出射端的端面進行熔融塌縮處理后并進行切割、打磨或者鍍膜處理，消除了透射譜背景噪聲中會存在的法布里-珀羅干涉條紋。[0021]2、與在先技術(shù)[2]相比，本發(fā)明的空心光子晶體光纖氣體吸收池通過對空心光子晶體光纖出射端的端面進行熔融塌縮處理后并進行切割、打磨或者鍍膜處理，簡單方便，易于實現(xiàn)，具備極強的可重復(fù)操作性。[0022]3、與在先技術(shù)[I][2][3]相比，本發(fā)明的空心光子晶體光纖氣體吸收池采用熔融塌縮處理后，與光電探測器對接固定，避免了有限纖芯芯徑光纖對接時引入的空間濾波效應(yīng)，減小了對應(yīng)的透射譜背景噪聲振蕩。【專利附圖】【附圖說明】[0023]圖1為本發(fā)明空心光子晶體光纖氣體吸收池結(jié)構(gòu)框圖。[0024]圖2為本發(fā)明制作方法中的空心光子晶體光纖輸出端處理示意圖。[0025]圖3為本發(fā)明裝置第一實施例的空心光子晶體光纖輸出端示意圖。[0026]圖4為本發(fā)明裝置第二實施例的空心光子晶體光纖輸出端示意圖。[0027]圖5為本發(fā)明裝置第三實施例的空心光子晶體光纖輸出端示意圖。[0028]圖6為本發(fā)明裝置透射光譜與普通光子晶體光纖吸收池透射光譜對比示意圖。[0029]圖中的圖示只是示意性的，并未按照比例繪制。應(yīng)當指出，在適當?shù)那闆r下，為相似的原件提供了相同的附圖標記?！揪唧w實施方式】[0030]下面結(jié)合實例和附圖對本發(fā)明進行進一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。[0031]先請參閱圖1，本發(fā)明空心光子晶體光纖氣體吸收池，包括一根單模光纖103、一個光纖熔接保護套105、一根空心光子晶體光纖111和一個光電探測器121，所述的單模光纖103的一端和所述的空心光子晶體光纖111的一端熔接構(gòu)成熔接接頭107，形成密封的空心光子晶體光纖氣體吸收池的一端，所述的光纖熔接保護套105對熔接接頭107進行覆蓋保護，所述的空心光子晶體光纖111的另一端熔封處理成斜面輸出端115，該輸出端面與所述的光電探測器121的探測面相對但不平行。[0032]所述的空心光子晶體光纖氣體吸收池的制作方法，其特征在于該方法包含以下步驟:[0033]I)將單模光纖103的輸出端與空心光子晶體光纖111的輸入端進行熔接，構(gòu)成熔接接頭107，密封所述的空心光子晶體光纖的一端，并使用光纖熔接保護套105對熔接接頭107進行覆蓋保護；[0034]2)將單模光纖103與空心光子晶體光纖111置于氣室內(nèi)，對所述的空心光子晶體光纖111的纖芯113進行充氣；[0035]3)在充氣狀態(tài)下，將所述的空心光子晶體光纖111的另一端進行熔融塌縮，將所述的氣體密封在所述的纖芯113中形成塌縮端；[0036]4)對所述的空心光子晶體光纖111的塌縮端進行處理:[0037]①信號光101從所述的單模光纖103的自由端輸入，經(jīng)所述的空心光子晶體光纖111的塌縮端出射透射光117，該透射光117由所述的光電探測器121接收，該光電探測器121輸出的探測信號123由相應(yīng)的儀器記錄；[0038]②對空心光子晶體光纖111的塌縮端進行打磨、切割或者鍍膜處理，使儀器記錄的探測信號123滿足相關(guān)系統(tǒng)的要求，構(gòu)成空心光子晶體光纖111的輸出端115；[0039]5)固定所述的空心光子晶體光纖111及其輸出端115和所述的光電探測器121。[0040]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明制作方法的空心光子晶體光纖輸出端的處理效果示意圖，其中，視圖左側(cè)為尚未處理的空心光子晶體光纖，所述空心光子晶體光纖纖芯201并未密封。通過對所述空心光子晶體光纖輸出端203進行加熱熔融處理205，請參見視圖右側(cè)，所述空心光子晶體光纖輸出端115處光纖包層塌縮密封,所述空心光子晶體光纖纖芯113已經(jīng)形成密封腔體，所述空心光子晶體光纖輸出端115形成可后續(xù)加工處理的完整表面。[0041]所述的加熱熔融處理過程205，其方法采用CO2激光器或熔接機電極加熱，通過設(shè)定合適的加熱電流、加熱時間、以及加熱位置，使得空心光子晶體光纖塌縮內(nèi)表面形成非平面，避免背向反射或散射光207形成FP干涉條紋，消除了對應(yīng)的透射譜噪聲。[0042]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的空心光子晶體光纖氣體吸收池的第一實施例，其中，視圖僅不出空心光子晶體光纖111的輸出端部份，即空心光子晶體光纖輸出端115。在這一實施例中，對輸出端115表面進行了打磨處理，形成了一個特定形狀的表面301，可以實現(xiàn)透射光117的平行匯聚。并對輸出端115表面進行了鍍膜處理，即所述輸出端表面301表面存在增透膜303。[0043]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的空心光子晶體光纖氣體吸收池裝置的第二實施例，其中，視圖僅示出空心光子晶體光纖111的輸出端部份，即空心光子晶體光纖輸出端115。在這一實施例中，對輸出端115表面進行了切割處理，形成斜切表面401,這樣可以減少輸出端115表面的平行反射光，減少了透射光117中法布里-珀羅干涉條紋引起的背景振蕩。[0044]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的空心光子晶體光纖氣體吸收池裝置的第三實施例，其中，視圖僅示出空心光子晶體光纖111的輸出端部份，即空心光子晶體光纖輸出端115，以及輔助聚焦透鏡501。在這一實施例中，對輸出端115表面進行了切割處理，形成斜切表面401，并且對斜切表面401表面進行了鍍膜處理，即所述斜切表面401表面存在增透膜503。并且在輸出端115與光電探測器121中間處，固定放置了聚焦透鏡501。[0045]注意，在第一實施例、第二實施例以及第三實施例中，都是可以選擇不鍍增透膜，在對輸出端115端面打磨或切割后，減少了菲涅耳反射，消除了透射光117中的法布里-珀羅干涉條紋；或者選擇鍍增透膜，可以更好地減少菲涅耳反射，更有效地消除法布里-珀羅干涉條紋，但會增加一定的制作復(fù)雜度。[0046]圖6示出了空心光子晶體光纖氣體吸收池的結(jié)構(gòu)及其測試所得透射譜，其中，圖6(a)中，上方的是普通光子晶體光纖氣體吸收池結(jié)構(gòu)示意圖，所述吸收池由空心光子晶體光纖前后端面平口熔接對應(yīng)光纖構(gòu)成；下方的是該吸收池其測試所得透射譜，由圖可見，有明顯的法布里-珀羅干涉條紋引起的背景振蕩。圖6(b)中，上方的是本發(fā)明的空心光子晶體光纖氣體吸收池裝置結(jié)構(gòu)示意圖下方的是本發(fā)明裝置吸收池的測試所得透射譜，消除了背景振蕩。[0047]本發(fā)明有效地改善了現(xiàn)有空心光子晶體光纖氣體吸收池透射光的背景噪聲問題，有體積小、重量輕和穩(wěn)健性高的特點。未詳細闡述部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)?！緳?quán)利要求】1.一種空心光子晶體光纖氣體吸收池，包括一根單模光纖(103)、一個光纖熔接保護套(105)、一根空心光子晶體光纖(111)和一個光電探測器(121)，所述的單模光纖(103)的一端和所述的空心光子晶體光纖(111)的一端熔接構(gòu)成熔接接頭(107)，形成空心光子晶體光纖氣體吸收池的一個密封端，所述的光纖熔接保護套(105)對熔接接頭(107)進行覆蓋保護，其特征在于；所述的空心光子晶體光纖(Ul)的另一端熔封處理成輸出端(115)，輸出端面與所述的光電探測器(121)的探測面相對但不平行。2.權(quán)利要求1所述的空心光子晶體光纖氣體吸收池的制作方法，其特征在于該方法包含以下步驟:1)將單模光纖(103)的輸出端與空心光子晶體光纖(111)的輸入端進行熔接，構(gòu)成熔接接頭(107)，密封所述的空心光子晶體光纖的一端，使用光纖熔接保護套(105)對熔接接頭(107)進行覆蓋保護；2)將單模光纖(103)與空心光子晶體光纖(111)置于氣室內(nèi)，對所述的空心光子晶體光纖(111)的纖芯(113)進行充氣；3)在充氣狀態(tài)下，將所述的空心光子晶體光纖(111)的另一端進行熔融塌縮，將所述的氣體密封在所述的纖芯(113)中形成塌縮端；4)對所述的空心光子晶體光纖(111)的塌縮端進行處理:①信號光(101)從所述的單模光纖(103)的自由端輸入，經(jīng)所述的空心光子晶體光纖(111)的塌縮端出射透射光(117)，該透射光(117)由所述的光電探測器121接收，該光電探測器(121)輸出的探測信號(123)由相應(yīng)的儀器記錄；②對空心光子晶體光纖(111)的塌縮端進行打磨、切割或者鍍膜處理，使儀器記錄的探測信號(123)滿足相關(guān)系統(tǒng)的要求，構(gòu)成空心光子晶體光纖(111)的輸出端(115)；5)固定所述的空心光子晶體光纖(111)及其輸出端(115)和所述的光電探測器(121)?！疚臋n編號】G01N21/01GK104181648SQ201410321070【公開日】2014年12月3日申請日期:2014年7月7日優(yōu)先權(quán)日:2014年7月7日【發(fā)明者】蔡海文,陳澤恒,黃崇德,耿建新,陳迪俊,陳衛(wèi)標申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所