光子晶體光纖THz激光器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種太赫茲激光器技術領域，具體是涉及一種新型光子晶體光纖THz激光器。
【背景技術】
[0002]THz激光器輻射波長位于30 μ m-3mm之間的電磁波，是介于毫米波與紅外光波之間的電磁輻射區(qū)域。THz波具有較低的光子能量，可以像X射線穿透組織器官但不會對組織造成傷害。由于水分子對THz有比較強的吸收，因此可以用于將有機組織與不斷變化的水成分區(qū)域分開，從而被廣泛的用于醫(yī)療診斷。此外，許多生物大分子，比如氨基酸、炸藥和毒品會對相應的THz波產(chǎn)生強烈的吸收和共振，使得THz光譜技術在分析研宄生物大分子的物理化學性質(zhì)、安監(jiān)、緝毒反恐、環(huán)境檢測等方面具有廣闊的應用前景。
[0003]近年來由于超快激光技術和自由電子激光器的飛速發(fā)展，為THz源提供了穩(wěn)定可靠的激發(fā)光源。目前多數(shù)THz激光器主要采用粗大的石英管作為發(fā)生管，使得設備的體積龐大，且發(fā)生管不能彎曲、不方便移動，嚴重制約著THz激光器的應用領域和商業(yè)化。而大芯徑光子晶體光纖一種新型的光纖，通過對光子晶體光纖內(nèi)部機構的設計優(yōu)化可以將光基本上全部限制在空氣纖芯區(qū)，利用光子晶體光纖纖芯區(qū)域可以作為光信號的吸收池，為光與物質(zhì)的相互作用提供良好的環(huán)境，且光子晶體光纖較粗石英管具有更好的柔韌性，從而可以大大縮小THz發(fā)生管的體積。但罕見成熟技術報道。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為克服現(xiàn)有技術的不足，縮小THz激光器的體積，提高THz激光器的轉換效率，提供一種具有高光束質(zhì)量、低傳輸損耗、可靠穩(wěn)定且體積小的新型THz激光器。為此，本實用新型采取的技術方案是光子晶體光纖THz激光器，結構為:激光器輸出的紅外光波經(jīng)砸化鋅會聚透鏡、氟化鋇封帽、大芯徑裸纖適配器I會聚到大芯徑光子晶體光纖II的纖芯；大芯徑光子晶體光纖II的輸出端依次通過大芯徑裸纖適配器I1、裸纖適配器套管和大芯徑裸纖適配器III與所述的大芯徑光子晶體光纖I相連接；所述的大芯徑光子晶體光纖I的輸出端通過大芯徑裸纖適配器IV另一個聚乙烯封帽進行輸出；除激光器、砸化鋅會聚透鏡外前述各組成部分均設置在氣室內(nèi)，所述氟化鋇封帽、大芯徑裸纖適配器I固定在氣室一端，大芯徑裸纖適配器IV及另一個聚乙烯封帽固定在氣室另一端；氣室填充CH30H蒸汽。
[0005]大芯徑光子晶體光纖的結構為:光纖包層外徑Al = 350um，光纖包層內(nèi)徑A2 =290um，空氣孔外徑B2 = 80um，空氣孔內(nèi)徑BI = 64.5um，纖芯外徑C2 = 130um，纖芯內(nèi)徑Cl = 10um0
[0006]與已有技術相比，本實用新型的技術特點與效果:
[0007]本實用新型提出的新型光子晶體光纖THz激光器大大縮小了 THz源的體積，同時使得C02激光與CH30H氣體相互作用增強、C02激光的傳輸損耗降低，從而提高了轉換效率，為實現(xiàn)具有高光束質(zhì)量、低傳輸損耗、可靠穩(wěn)定且體積小的THz激光器提供了新的途徑。本實用新型市場前景好，各功能實現(xiàn)方式簡單，具有良好的技術轉化基礎。由于本實用新型是我們自主知識產(chǎn)權，并且具有多功能特性，因此可以實現(xiàn)廣泛的社會效益。
【附圖說明】
[0008]附圖1為新型光子晶體光纖THz激光器結構原理圖。
[0009]附圖2為大芯徑光子晶體光纖橫截面。
[0010]附圖3為C02激光在大芯徑光子晶體光纖內(nèi)模場分布圖。
[0011]附圖4為THz在大芯徑光子晶體光纖內(nèi)模場分布圖。
[0012]圖中，I一C02激光器 2 — ZnSe會聚透鏡3—大芯徑裸纖適配器I
[0013]4一大芯徑裸纖適配器II 5—大芯徑裸纖適配器III 6—大芯徑光子晶體光纖I
[0014]7—大芯徑裸纖適配器IV 8—聚乙烯封帽9一氣體室
[0015]10—裸纖適配器套管 11 一熔接點12—大芯徑光子晶體光纖II
[0016]13—氟化鋇封帽21 —光纖包層外徑Al 22—光纖包層內(nèi)徑A2
[0017]23—空氣孔內(nèi)徑BI 24—空氣孔外徑B2 25—纖芯內(nèi)徑Cl
[0018]26—纖芯外徑C2。
【具體實施方式】
[0019]本實用新型采用大芯徑光子晶體光纖作為二氧化碳(C02)激光與甲醇(CH30H)蒸汽相互作用的氣體池，大大縮小了 THz源的體積，增加了 C02激光與CH30H氣體相互作用的強度，同時設計的大芯徑光子晶體光纖可以降低C02激光的傳輸損耗，提高激光器的轉換效率，為實現(xiàn)具有高光束質(zhì)量、低傳輸損耗、可靠穩(wěn)定且體積小的THz激光器提供了新的途徑。
[0020]本實用新型提出的新型光子晶體光纖THz激光器主要是采用大芯徑空芯光子晶體光纖作為THz波的發(fā)生管，降低C02激光的傳輸損耗，增強C02激光與CH30H氣體相互作用的強度，提高THz的轉換效率，實現(xiàn)可靠穩(wěn)定且體積小的THz激光器。
[0021]本實用新型是利用下述技術方案實現(xiàn)的:所述的C02激光器輸出的紅外光波(波長為10.6μπι)經(jīng)所述的砸化鋅(ZnSe)會聚透鏡會聚到所述的大芯徑光子晶體光纖II的纖芯。為保證所述的氣室的壓強，所述的大芯徑光子晶體光纖的入射端通過所述的大芯徑裸纖適配器I與所述的氟化鋇封帽相連。所述的大芯徑光子晶體光纖II的輸出端通過所述的大芯徑裸纖適配器II和所述的大芯徑裸纖適配器III經(jīng)所述的裸纖適配器套管與所述的大芯徑光子晶體光纖I相連接。所述的大芯徑光子晶體光纖I的輸出端通過所述的大芯徑裸纖適配器IV固定在所述的氣室上。為保證所述的氣室的壓強，所述的大芯徑裸纖適配器IV通過所述的聚乙烯封帽進行密封。當所述的C02激光器輸出的紅外光波經(jīng)過所述的氟化鋇封帽進入所述的大芯徑光子晶體光纖I的纖芯，使纖芯的CH30H蒸汽發(fā)生粒子數(shù)反轉，隨著所述的C02激光器的泵浦功率的增加，上能級粒子數(shù)迅速增加，當所述的C02激光器的泵浦功率超過THz激光器的閾值后，THz經(jīng)所述的大芯徑光子晶體光纖I和所述的聚乙烯封帽輸出。
[0022]下面結合【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細地描述。如附圖1所示，本實用新型提出的新型光子晶體光纖THz激光器主要有C02激光器泵浦源和THz氣室兩大部分構成。
[0023]所述的C02激光器(I)經(jīng)所述的ZnSe會聚透鏡(2)會聚到所述的大芯徑光子晶體光纖II (12)的纖芯。THz氣室由所述的氟化鋇封帽(13)、所述的大芯徑光子晶體光纖II (12)、所述的大芯徑裸纖適配器I (3)、所述的大芯徑裸纖適配器II (4)、所述的大芯徑裸纖適配器III (5)、所述的大芯徑光子晶體光纖I (6)、所述的大芯徑裸纖適配器IV(7)、所述的裸纖適配器套管(10)、所述的聚乙烯封帽(8)和所述的氣體室(9)組成。
[0024]所述的大芯徑光子晶體光纖I (6)和所述的大芯徑光子晶體光纖II (12)經(jīng)所述的裸纖適配器套管(10)相連，所述的裸纖適配器套管(10)為不完全閉合的套管，以保證CH30H蒸汽進入所述的大芯徑光子晶體光纖1(6)與C02激光相互作用。所述的大芯徑裸纖適配器I (3)和所述的大芯徑裸纖適配器IV(7)分別固定在所述的氣體室(9)的兩個端面上，并用所述的氟化鋇封帽(13)和所述的聚乙烯封帽(8)分別對其進行密封，然后對所述的氣室(9)抽真空后充入CH30H蒸汽，使得THz氣室內(nèi)CH30H蒸汽的壓強為0.2-0.4毫巴。C02激光經(jīng)所述的氟化鋇封帽(13)依次通過所述的大芯徑光子晶體光纖II (12)、所述的大芯徑裸纖適配器I (3)、所述的大芯徑裸纖適配器II (4)與經(jīng)過所述的裸纖適配器套管(10)進入所述的大芯徑光子晶體光纖I (6)內(nèi)的CH30H蒸汽相互作用。
[0025]當所述的C02激光器(I)輸出的紅外光波經(jīng)過所述的氟化鋇封帽(13)進入所述的大芯徑光子晶體光纖I (6)的纖芯與CH30H蒸汽相互作用時，使得纖芯內(nèi)的CH30H蒸汽發(fā)生粒子數(shù)反轉，當所述的C02激光器(I)的輸出功率達到30W時，經(jīng)所述的大芯徑光子晶體光纖1(6)和所述的聚乙烯封帽(8)輸出THz。
[0026]為使得本實用新型提出的新型光子晶體光纖THz激光器的性能達到最優(yōu)，在實施過程中需保證:
[0027]1.為保證THz激光器具有高的轉換效率，氟化鋇封帽和聚乙烯封帽需具有高的透過率。
[0028]2.采用壓強差的方法對THz氣室進行充氣:當氣室所需氣壓高于環(huán)境氣壓時，先打開聚乙烯封帽，然后對氣體室進行充氣，待氣體室的壓強值變化趨于不變時，用聚乙烯封帽對氣室進行密封，并結束充氣；當需要提高氣室真空度的情況下，先打開聚乙烯封帽，然后對氣體室進行充氣，待氣體室的壓強值變化趨于不變時，用聚乙烯封帽對氣室進行密封，然后在對氣室進行抽真空操作直到所需真空度。
[0029]3.需要對大芯徑光子晶體光纖的尺寸進行合理設計，如附圖2所示，所述的光纖包層外徑Al = 350um，所述的光纖包層內(nèi)徑A2 = 290um，所述的空氣孔外徑B2 = 80um，所述的空氣孔內(nèi)徑BI = 64.5um，所述的纖芯外徑C2 = 130um，所述的纖芯內(nèi)徑Cl = 10um,以保證C02激光(附圖3)和THz波(附圖4)具有較好的模場分布，保證高的光束質(zhì)量。
[0030]盡管上面結合圖對本實用新型進行了描述，但是本實用新型并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本實用新型的保護之內(nèi)。
【主權項】
1.一種光子晶體光纖THz激光器，其特征是，結構為:激光器輸出的紅外光波經(jīng)砸化鋅會聚透鏡、氟化鋇封帽、大芯徑裸纖適配器I會聚到大芯徑光子晶體光纖II的纖芯；大芯徑光子晶體光纖II的輸出端依次通過大芯徑裸纖適配器I1、裸纖適配器套管和大芯徑裸纖適配器III與所述的大芯徑光子晶體光纖I相連接；所述的大芯徑光子晶體光纖I的輸出端通過大芯徑裸纖適配器IV另一個聚乙烯封帽進行輸出；除激光器、砸化鋅會聚透鏡外前述各組成部分均設置在氣室內(nèi)，所述氟化鋇封帽、大芯徑裸纖適配器I固定在氣室一端，大芯徑裸纖適配器IV及另一個聚乙烯封帽固定在氣室另一端；氣室填充CH30H蒸汽。
2.如權利要求1所述的光子晶體光纖THz激光器，其特征是，大芯徑光子晶體光纖的結構為:光纖包層外徑Al = 350um，光纖包層內(nèi)徑A2 = 290um，空氣孔外徑B2 = 80um，空氣孔內(nèi)徑BI = 64.5um，纖芯外徑C2 = 130um，纖芯內(nèi)徑Cl = 10um0
【專利摘要】本實用新型涉及太赫茲激光器技術領域，為縮小THz激光器的體積，提高THz激光器的轉換效率，提供一種具有高光束質(zhì)量、低傳輸損耗、可靠穩(wěn)定且體積小的新型THz激光器。為此，本實用新型采取的技術方案是光子晶體光纖THz激光器，結構為：激光器輸出的紅外光波經(jīng)硒化鋅會聚透鏡、氟化鋇封帽、大芯徑裸纖適配器I會聚到大芯徑光子晶體光纖II的纖芯；大芯徑光子晶體光纖II的輸出端依次通過大芯徑裸纖適配器II、裸纖適配器套管和大芯徑裸纖適配器III與所述的大芯徑光子晶體光纖I相連接；除激光器、硒化鋅會聚透鏡外前述各組成部分均設置在氣室內(nèi)。本實用新型主要應用于太赫茲激光器的設計制造。
【IPC分類】H01S3-034
【公開號】CN204517126
【申請?zhí)枴緾N201520171554
【發(fā)明人】史偉, 張海偉, 姚建銓
【申請人】天津大學
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年3月25日