一種用于超導介質諧振腔聲子激光器的聲子光柵的制作方法
【專利摘要】一種用于超導介質諧振腔聲子激光器的聲子光柵，該聲子光柵包括緩沖層（1）、介質層（2）、雜質層（3）、介質層（4）、緩沖層（5）；其中，緩沖層（1）和緩沖層（5）是聲子光柵鑲嵌在超導介質諧振腔聲子激光器出射端時為切合聲子激光器空隙尺寸以及防止介質層（2）、介質層（4）磨損而設，介質層（2）、介質層（4）由兩種不同的材料交替重復構成，兩者中間隔一層雜質層（3），介質層（2）、雜質層（3）、介質層（4）整體軸對稱。
【專利說明】一種用于超導介質諧振腔聲子激光器的聲子光柵
【技術領域】
[0001]本發(fā)明是一種聲子光柵，主要用于超導介質諧振腔聲子激光器，以達到調制聲子激光的目的，涉及聲子傳輸的【技術領域】。
【背景技術】
[0002]2009年6月，英國諾丁漢大學(TheUniversityofNottingham)的科學家與來自烏克蘭的同行一起合作研發(fā)出了一種新型的聲學激光器件，并命名為聲子激光器[3]，傳統(tǒng)激光器是由電磁振動(即光波)形成，而聲子激光器是由聲波振動的聲子形成，它是聲學意義上的激光，嚴格來說應該稱為“激聲”。聲子激光器的發(fā)明引起了很多科學家的關注，他們認為聲子激光器將在計算機運算、醫(yī)療成像和反恐安檢等領域具有廣泛的應用前景。
[0003]超導介質諧振腔聲子激光器的結構類似于一個常規(guī)激光器[5]，它由超導介質諧振腔和泵浦源組成，泵浦源給超導增益介質提供電磁場能量，超導增益介質吸收能量并轉化為聲子，聲子結合電子，以庫珀對的形式實現(xiàn)粒子數反轉，在超導增益介質中振蕩的自由聲子，產生比受激吸收更多的受激輻射，最終發(fā)射出來。
[0004]目前設計出的聲子激光器線寬較寬，低頻的聲子激光器，其線寬達到IOOHz左右，聲子激光器的相位噪聲也很高，從而限制了其在各個領域的應用。聲子束從聲子激光器中射出，會有一個或多個縱模產生，每個縱模的頻率范圍就是聲子激光的線寬。聲子激光的線寬由聲子激光器內部的材料和結構決定，因此要得到窄線寬輸出的聲子激光器，一方面可以研究設計良好的結構，另一方面可以通過對出射的聲子激光進行適當的調制得到。
[0005]根據理論和實驗相結合，這種超導介質諧振腔聲子激光器得到的激射頻率為低頻的27kHz，然而由于聲子激光器的發(fā)展才剛剛起步，頻率的線寬很難達到理想的程度，這種聲子激光器線寬達到35.6Hz。

【發(fā)明內容】

[0006]技術問題:本發(fā)明的目的是提供一種聲子光柵，主要用于超導介質諧振腔聲子激光器，以達到調制聲子激光的目的，聲子激光經過聲子光柵后，線寬變窄，單色性更好。
[0007]技術方案:為了開拓聲子激光的應用范圍，使聲子激光擁有更窄的線寬以用于計算機運算、醫(yī)療成像、反恐安檢等領域，我們提出了一種連接在超導介質諧振腔聲子激光器出射端的聲子光柵，使出射聲子激光的線寬減小為1.97Hz，具有實際的應用價值。
[0008]本發(fā)明的用于超導介質諧振腔聲子激光器的聲子光柵包括順序排列的第一緩沖層、第一介質層、雜質層、第二介質層、第二緩沖層；其中，第一緩沖層和第二緩沖層是聲子光柵鑲嵌在超導介質諧振腔聲子激光器出射端時為切合聲子激光器空隙尺寸以及防止第一介質層、第二介質層磨損而設，第一介質層和第二介質層是由兩種不同的介質材料交替重復構成，第一介質層和第二介質層中間隔一層雜質層，第一介質層、雜質層、第二介質層整體軸對稱。
[0009]所述的第一緩沖層、第二緩沖層是一種鐵氧體材料。[0010]第一介質層和第二介質層使用的是環(huán)氧樹脂和水交替重復形成的聲子光柵，環(huán)氧樹脂和水每層的厚度分別為聲波在環(huán)氧樹脂和水中的波長的i倍。
[0011]所述的第一介質層和第二介質層與雜質層相接觸的一層均是流體層，在第一介質層中，聲子激光先經過固體層，再進入流體層，依次重復，進入雜質層前最后一層為流體層；在第二介質層中，聲子激光先經過流體層，再進入固體層，依次重復，進入第二緩沖層前最后一層為固體層。
[0012]第一介質層和第二介質層中以一層固體和一層流體組成最基本的一個周期，第一介質層和第二介質層分別含有5個周期。
[0013]雜質層為氧化鎂固體，其厚度是聲波在氧化鎂中波長的*倍。
[0014]有益效果:本發(fā)明提出的一種用于超導介質諧振腔聲子激光器的聲子光柵，主要用于超導介質諧振腔聲子激光器，以達到調制聲子激光的目的。沿X方向介質層中兩種介質周期性分布，摻入的雜質取代其中一層環(huán)氧樹脂，采用這種結構的聲子光柵，在聲子禁帶中可以產生很窄的缺陷模，并且在缺陷模處，處在這個頻率范圍內的聲子激光透射率很高，聲子光柵有效地阻隔了在此頻率之外的聲子激光。使用環(huán)氧樹脂和水作為基本介質，使用氧化鎂作為摻入雜質，相比于使用其他材料，缺陷模寬度更小，對應聲子激光的線寬更窄，達到1.94Hz。由于該 結構的聲子光柵具有實際應用的價值，可以為制作和生產提供可靠和方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是超導介質諧振腔聲子激光器的結構圖。在出射端連接聲子光柵，聲子激光先進入緩沖層鐵氧體材料，然后沿X方向穿透聲子光柵，最終經過一層鐵氧體材料之后出射。
[0016]圖2為本發(fā)明聲子光柵的結構圖，圖中有:第一緩沖層1、第一介質層2、雜質層3、第二介質層4、第二緩沖層5。信號光從緩沖層I的左端沿X軸正方向輸入，緩沖層5的右端輸出。
[0017]圖3為本發(fā)明中聲子激光透過聲子光柵所產生的透射譜。
[0018]圖4為聲波在中心頻率處的缺陷模。
【具體實施方式】
[0019]本發(fā)明提供的一種用于超導介質諧振腔聲子激光器的聲子光柵由緩沖層、介質層、雜質層構成。其中緩沖層是聲子光柵鑲嵌在超導介質諧振腔聲子激光器出射端時為切合聲子激光器空隙尺寸以及防止介質層磨損而設，介質層由兩種不同的材料交替重復構成，兩部分介質層中間隔一層雜質層，介質層和雜質層整體軸對稱。
[0020]該聲子光柵的緩沖層使用一種鐵氧體材料。介質層使用的是固體和流體交替重復形成的聲子光柵，固體和流體分別選用環(huán)氧樹脂和水，厚度分別為聲波在環(huán)氧樹脂和水中
的波長的+倍。雜質層使用氧化鎂固體作為雜質，其厚度是聲波在氧化鎂中波長的4倍。一
42層固體和一層流體組成最基本的周期，該聲子光柵雜質層前后各含有5個周期。
[0021]聲子束從第一緩沖層I的左端輸入，第二緩沖層5的右端輸出。沿X軸分別經過第一介質層2、雜質層3、第二介質層4，介質層由環(huán)氧樹脂和水交替重復組成，雜質層為氧化鎂，具體參數為:環(huán)氧樹脂的密度、縱波波速和橫波波速分別為P !=ISOOkgZm3jV11 = 2800m/s, vlt = 11OOm/s ;水的密度和縱波波速分別為P2 = 1000kg/m3, V21 = 1488m/s ;氧化鎂的密度、縱波波速和橫波波速分別為P 3 = 1740kg/m3, v31 = 5790m/s, v3t = 3100m/s ;鐵氧體材料的密度、縱波波速和橫波波速分別為P ^ = 1180kg/m3, v01 = 2670m/s, vot = 1120m/s。
[0022]本發(fā)明在左右兩側各引入了一個緩沖層，由于聲子光柵的介質層厚度不能隨意改變，且直接連接在聲子激光器中容易引起磨損，緩沖層的引入不僅可以使得聲子光柵與聲子激光器更加匹配地連接，還可以防止介質層的磨損，介質層厚度的變化會直接影響到聲子禁帶特性和缺陷模特性。
[0023]本發(fā)明使用固體和流體交替重復的結構，流體介質中并不能傳輸聲波的橫波分量，通過計算將每一層固體介質中聲波的橫波分量用其縱波分量來表示。聲子光柵在周期性結構中引入了雜質缺陷，使得聲子禁帶中產生缺陷模，通過比較使用不同的材料作為介質和雜質，最終通過計算得到使用環(huán)氧樹脂和水作為介質、氧化鎂作為雜質，聲子禁帶中缺陷模的寬度最小，調制聲子 激光的線寬最窄。
【權利要求】
1.一種用于超導介質諧振腔聲子激光器的聲子光柵，該聲子光柵包括順序排列的第一緩沖層(I)、第一介質層(2)、雜質層(3)、第二介質層(4)、第二緩沖層(5);其中，第一緩沖層(I)和第二緩沖層(5)是聲子光柵鑲嵌在超導介質諧振腔聲子激光器出射端時為切合聲子激光器空隙尺寸以及防止第一介質層(2)、第二介質層(4)磨損而設，第一介質層(2)和第二介質層(4)是由兩種不同的介質材料交替重復構成，第一介質層(2)和第二介質層(4)中間隔一層雜質層(3)，第一介質層(2)、雜質層(3)、第二介質層(4)整體軸對稱。
2.根據權利要求1所述的用于超導介質諧振腔聲子激光器的聲子光柵，其特征在于所述的第一緩沖層(I )、第二緩沖層(5)是一種鐵氧體材料。
3.根據權利要求1所述的用于超導介質諧振腔聲子激光器的聲子光柵，其特征在于第一介質層(2)和第二介質層(4)使用的是環(huán)氧樹脂和水交替重復形成的聲子光柵，環(huán)氧樹脂和水每層的厚度分別為聲波在環(huán)氧樹脂和水中的波長的I倍。



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4.根據權利要求1所述的用于超導介質諧振腔聲子激光器的聲子光柵，其特征在于所述的第一介質層(2)和第二介質層(4)與雜質層(3)相接觸的一層均是流體層，在第一介質層(2 )中，聲子激光先經過固體層，再進入流體層，依次重復，進入雜質層(3 )前最后一層為流體層；在第二介質層(4)中，聲子激光先經過流體層，再進入固體層，依次重復，進入第二緩沖層(5)前最后一層為固體層。
5.根據權利要求1所述的用于超導介質諧振腔聲子激光器的聲子光柵，其特征在于第一介質層(2)和第二介質層(4)中以一層固體和一層流體組成最基本的一個周期，第一介質層(2)和第二介質層(4) 分別含有5個周期。
6.根據權利要求1所述的用于超導介質諧振腔聲子激光器的聲子光柵，其特征在于雜質層(3)為氧化鎂固體，其厚度是聲波在氧化鎂中波長的*倍。
【文檔編號】H01S4/00GK103956646SQ201410158766
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月18日 優(yōu)先權日:2014年4月18日
【發(fā)明者】陳鶴鳴, 徐丹峰 申請人:南京郵電大學