一种空芯光子晶体光纤气体激光器的谐振腔的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光谐振腔领域，具体是一种空芯光子晶体光纤气体激光器的谐振腔。
【背景技术】
[0002]空芯光子晶体光纤(HollowCore Photonic Crystal Fibers，简称 HC-PCF)是新近发展起来的一种特种光纤，具有基于光子带隙效应的波导机制及传输特性，在光波传输与控制、光与物质非线性相互作用、新型光子器件等领域有广泛的研宄和应用。HC-PCF截面分布着二维周期性小孔，孔径与孔距一般均为波长量级，纤芯为一尺寸较大的空气孔。纤芯折射率低于包层折射率，光在其中的传输机理不同于常规光纤的全反射原理，而是基于光子带隙效应的一种全新波导机制。HC-PCF特有的极高光功率传输水平和极低的损耗特性，使其非常适合作为微型放电谐振腔，制作微腔气体激光器。这种空芯光子晶体光纤气体激光器具有阈值低、体积小、气体寿命长、易于同其它光纤器件结合等优点。气体激光器谐振腔一般采用两片光学镜片，分别置于激活介质两端，以不同曲率和反射率构成稳定腔、非稳腔、介稳腔等谐振腔类型，谐振腔调节难度较大。由于气体激光器一般发射谱线较宽，在需要窄谱线光源的应用中，需要添加专门的线宽压窄模块以降低输出谱线宽度，例如准分子激光用于半导体光刻加工。
[0003]空芯光子晶体光纤气体激光器一般米用微波激励，其基本结构如专利201220733246.6所描述，如图1所示，微波源I通过输出耦合波导2连接有微波谐振腔3，在微波谐振腔3的输出耦合结构4处，放置有空芯光子晶体光纤5，且空芯光子晶体光纤5的两端均穿出输出耦合结构4，空芯光子晶体光纤5的两端分别密封连接有气体腔6，气体腔6上开有抽真空口 7和气体进口 8，抽真空口 7连接真空泵10，在气体腔6内空芯光子晶体光纤5的端口附近安装有谐振腔片9。谐振腔片9共两片，分别放置在空芯光子晶体光纤5两端口处，一般一片镀全反射膜，一片镀部分反射膜，两腔片形成激光谐振腔。
[0004]这样的激光谐振腔结构不具备选频的作用，激光输出是宽带的光谱。如果需要窄线宽输出需要再额外加入一个光栅，这样的结构有三个缺点:一是光栅一般体积较大，这让本来很紧凑和小巧的光子晶体光纤气体激光器体积增大；二是光栅一般价格较高，增加了系统成本；三是由于光纤口径很小，腔片9的反射光要重新返回到光纤中，仅谐振腔片调节难度就已经非常大，如果再加上光栅这一类对入射角度要求严格的器件，整体调谐难度就更大了，且光栅的轻微不稳定就会导致激光光谱变化，从而使激光输出不稳定。
[0005]
【发明内容】
本发明的目的是提供一种空芯光子晶体光纤气体激光器的谐振腔，以解决现有技术空芯光子晶体光纤气体激光器存在的问题。
[0006]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
一种空芯光子晶体光纤气体激光器的谐振腔，包括微波源，微波源通过输出親合波导连接有微波谐振腔，微波谐振腔内具有输出耦合结构，输出耦合结构中放置有空芯光子晶体光纤，且空芯光子晶体光纤的两端均穿出输出耦合结构，其特征在于:空芯光子晶体光纤一端作为输出端并密封连接有气体腔，气体腔上开有抽真空口和气体进口，抽真空口连接真空泵，气体腔内位于空芯光子晶体光纤的端口附近安装有谐振腔片，谐振腔片上镀有部分反射膜，空芯光子晶体光纤另一端作为反射端并熔接有光纤布拉格光栅，所述光纤布拉格光栅选取针对需要中心波长反射率极高的器件作为激光器的全反射腔。
[0007]所述的一种空芯光子晶体光纤气体激光器的谐振腔，其特征在于:空芯光子晶体光纤的输出端亦与一个光纤布拉格光栅恪接，且该光纤布拉格光栅为部分光栅，作为输出谐振腔。
[0008]本发明的优点是:1、可以不用外加光栅元件就可以实现空芯光子晶体光纤气体激光器的窄线宽输出。2、采用光纤布拉格光栅作为激光谐振腔，体积小，谐振腔调节容易，激光运行稳定。3、如果输出端为光纤布拉格光栅，可以通过熔接光纤的方式输出激光，便于同其它光纤器件连接，能实现全光纤化的气体激光器件。4、器件成本低。
【附图说明】
[0009]图1为现有技术空芯光子晶体光纤气体激光器结构示意图。
[0010]图2为本发明空芯光子晶体光纤输出端密封连接气体腔时结构示意图。
[0011]图3为本发明空芯光子晶体光纤输出端密封连接气体腔时光路原理图。
[0012]图4为本发明空芯光子晶体光纤输出端熔接光纤布拉格光栅时结构示意图。
[0013]图5为本发明空芯光子晶体光纤输出端熔接光纤布拉格光栅时光路原理图。
【具体实施方式】
[0014]如图2、图3所示，一种空芯光子晶体光纤气体激光器的谐振腔，包括微波源1，微波源I通过输出耦合波导2连接有微波谐振腔3，微波谐振腔3内具有输出耦合结构4，输出耦合结构4中放置有空芯光子晶体光纤5，且空芯光子晶体光纤5的两端均穿出输出耦合结构4，空芯光子晶体光纤5 —端作为输出端并密封连接有气体腔6，气体腔6上开有抽真空口 7和气体进口 8，抽真空口 7连接真空泵10气体腔6内位于空芯光子晶体光纤5的端口附近安装有谐振腔片9，谐振腔片9上镀有部分反射膜，空芯光子晶体光纤5另一端作为反射端并熔接有光纤布拉格光栅11，光纤布拉格光栅11选取针对需要中心波长反射率极高的器件作为激光器的全反射腔。
[0015]如图4、图5所不，空芯光子晶体光纤5的输出端亦与一个光纤布拉格光栅12恪接，且该光纤布拉格光栅12为部分光栅，作为输出谐振腔。
[0016]本发明分两种情况实施:一种是激光工作气体需要定期更换的，如准分子激光、二氧化碳激光等；另一种是无需换气的，如氦氖激光等。
[0017]对于激光工作气体需要定期更换的情况描述如下:
空芯光子晶体光纤气体激光器采用空芯光子晶体光纤的中间空芯部分作为激光工作气体密封容器，激励微波从横向均匀注入到空芯部分的激光工作气体中，激励气体以达到激活粒子数反转，在两端谐振腔的作用下形成激光振荡输出。同时，空芯光子晶体光纤起导光作用。光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源的选频器件。特别是光纤布拉格光栅对特定波长实现窄带反射，具有非常好的频率选择性和较高的损伤阈值。如图2所示，空芯光子晶体光纤5的一端与光纤布拉格光栅11恪接，另一端被气体腔6密封，端面安装谐振腔片9。由于光纤布拉格光栅11是实心光纤，空芯光子晶体光纤5通过与之熔接实现了此端的密封，另一端与气体腔6连接，光纤布拉格光栅内的激光工作气体可以进行更换。
[0018]这种结构对应的光学原理如图3所不，13为空芯光子晶体光纤5与光纤布拉格光栅11的熔接位置，空芯光子晶体光纤5中心的激光工作气体在微波激励下出光，朝光纤布拉格光栅11方向传播的光经过光纤布拉格光栅11的选频和反射返回空芯光子晶体光纤5的光为窄线宽的光。光纤布拉格光栅11可以选取针对需要中心波长反射率极高的器件作为激光器的全反射腔。反射返回空芯光子晶体光纤5的窄带光经过激光工作物质增益后传播到镀有部分反射膜的谐振腔片9，其中一部分窄带光直接输出，即谐振腔片9作为激光输出谐振腔，另一部分反射回空芯光子晶体光纤5，获得增益再次向光纤布拉格光栅11方向传播。上述过程反复运行，形成稳定的窄线宽激光输出。
[0019]对于激光工作气体无需定期更换的情况描述如下:
由于激光工作气体无需定期更换，空芯光子晶体光纤内部充好工作气体后，两端可以封闭，不用再与外界连接进行气体交换。
[0020]如图4所不，空芯光子晶体光纤5的一端与光纤布拉格光栅12恪接，另一端与另一光纤布拉格光栅11恪接。激光工作气体被密闭在空芯光子晶体光纤5内部。
[0021]这种结构对应的光学原理如图5所示，14是空芯光子晶体光纤5与光纤布拉格光栅12的熔接位置，15是空芯光子晶体光纤5与光纤布拉格光栅11的熔接位置。空芯光子晶体光纤5中心的激光工作气体在微波激励下出光，朝光纤布拉格光栅11方向传播的光经过光栅的选频和反射返回空芯光子晶体光纤5的光为窄线宽的光。光纤布拉格光栅11可以选取针对需要中心波长反射率极高的器件作为激光器的全反射腔。反射返回空芯光子晶体光纤5的窄带光经过激光工作物质增益后传播到光纤布拉格光栅12。光纤布拉格光栅12为部分光栅，作为输出谐振腔。激光通过光纤布拉格光栅12后一部分窄带光直接向外输出，另一部分反射回空芯光子晶体光纤5，获得增益再次向光纤布拉格光栅11方向传播。上述过程反复运行，形成稳定的窄线宽激光输出。
【主权项】
1.一种空芯光子晶体光纤气体激光器的谐振腔，包括微波源，微波源通过输出親合波导连接有微波谐振腔，微波谐振腔内具有输出耦合结构，输出耦合结构中放置有空芯光子晶体光纤，且空芯光子晶体光纤的两端均穿出输出耦合结构，其特征在于:空芯光子晶体光纤一端作为输出端并密封连接有气体腔，气体腔上开有抽真空口和气体进口，抽真空口连接真空泵，气体腔内位于空芯光子晶体光纤的端口附近安装有谐振腔片，谐振腔片上镀有部分反射膜，空芯光子晶体光纤另一端作为反射端并熔接有光纤布拉格光栅，所述光纤布拉格光栅选取针对需要中心波长反射率极高的器件作为激光器的全反射腔。
2.根据权利要求1所述的一种空芯光子晶体光纤气体激光器的谐振腔，其特征在于:空芯光子晶体光纤的输出端亦与一个光纤布拉格光栅熔接，且该光纤布拉格光栅为部分光栅，作为输出谐振腔。
【专利摘要】本发明公开了一种空芯光子晶体光纤气体激光器的谐振腔，包括微波源，微波源通过输出耦合波导连接有微波谐振腔，微波谐振腔内输出耦合结构中放置有空芯光子晶体光纤，空芯光子晶体光纤的两端均穿出输出耦合结构，空芯光子晶体光纤一端或两端分别熔接光纤布拉格光栅。本发明可以不用外加光栅元件就可以实现空芯光子晶体光纤气体激光器的窄线宽输出，采用布拉格光纤光栅作为激光谐振腔，体积小，谐振腔调节容易，激光运行稳定。
【IPC分类】H01S3-08
【公开号】CN104577683
【申请号】CN201510015162
【发明人】游利兵, 王庆胜, 方晓东
【申请人】中国科学院合肥物质科学研究院
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月12日