光子晶体光纤THz激光器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种太赫兹激光器技术领域，具体是涉及一种新型光子晶体光纤THz激光器。
【背景技术】
[0002]THz激光器辐射波长位于30 μ m-3mm之间的电磁波，是介于毫米波与红外光波之间的电磁辐射区域。THz波具有较低的光子能量，可以像X射线穿透组织器官但不会对组织造成伤害。由于水分子对THz有比较强的吸收，因此可以用于将有机组织与不断变化的水成分区域分开，从而被广泛的用于医疗诊断。此外，许多生物大分子，比如氨基酸、炸药和毒品会对相应的THz波产生强烈的吸收和共振，使得THz光谱技术在分析研宄生物大分子的物理化学性质、安监、缉毒反恐、环境检测等方面具有广阔的应用前景。
[0003]近年来由于超快激光技术和自由电子激光器的飞速发展，为THz源提供了稳定可靠的激发光源。目前多数THz激光器主要采用粗大的石英管作为发生管，使得设备的体积庞大，且发生管不能弯曲、不方便移动，严重制约着THz激光器的应用领域和商业化。而大芯径光子晶体光纤一种新型的光纤，通过对光子晶体光纤内部机构的设计优化可以将光基本上全部限制在空气纤芯区，利用光子晶体光纤纤芯区域可以作为光信号的吸收池，为光与物质的相互作用提供良好的环境，且光子晶体光纤较粗石英管具有更好的柔韧性，从而可以大大缩小THz发生管的体积。但罕见成熟技术报道。
【发明内容】
[0004]为克服现有技术的不足，缩小THz激光器的体积，提高THz激光器的转换效率，提供一种具有高光束质量、低传输损耗、可靠稳定且体积小的新型THz激光器。为此，本实用新型采取的技术方案是光子晶体光纤THz激光器，结构为:激光器输出的红外光波经砸化锌会聚透镜、氟化钡封帽、大芯径裸纤适配器I会聚到大芯径光子晶体光纤II的纤芯；大芯径光子晶体光纤II的输出端依次通过大芯径裸纤适配器I1、裸纤适配器套管和大芯径裸纤适配器III与所述的大芯径光子晶体光纤I相连接；所述的大芯径光子晶体光纤I的输出端通过大芯径裸纤适配器IV另一个聚乙烯封帽进行输出；除激光器、砸化锌会聚透镜外前述各组成部分均设置在气室内，所述氟化钡封帽、大芯径裸纤适配器I固定在气室一端，大芯径裸纤适配器IV及另一个聚乙烯封帽固定在气室另一端；气室填充CH30H蒸汽。
[0005]大芯径光子晶体光纤的结构为:光纤包层外径Al = 350um，光纤包层内径A2 =290um，空气孔外径B2 = 80um，空气孔内径BI = 64.5um，纤芯外径C2 = 130um，纤芯内径Cl = 10um0
[0006]与已有技术相比，本实用新型的技术特点与效果:
[0007]本实用新型提出的新型光子晶体光纤THz激光器大大缩小了 THz源的体积，同时使得C02激光与CH30H气体相互作用增强、C02激光的传输损耗降低，从而提高了转换效率，为实现具有高光束质量、低传输损耗、可靠稳定且体积小的THz激光器提供了新的途径。本实用新型市场前景好，各功能实现方式简单，具有良好的技术转化基础。由于本实用新型是我们自主知识产权，并且具有多功能特性，因此可以实现广泛的社会效益。
【附图说明】
[0008]附图1为新型光子晶体光纤THz激光器结构原理图。
[0009]附图2为大芯径光子晶体光纤横截面。
[0010]附图3为C02激光在大芯径光子晶体光纤内模场分布图。
[0011]附图4为THz在大芯径光子晶体光纤内模场分布图。
[0012]图中，I一C02激光器 2 — ZnSe会聚透镜3—大芯径裸纤适配器I
[0013]4一大芯径裸纤适配器II 5—大芯径裸纤适配器III 6—大芯径光子晶体光纤I
[0014]7—大芯径裸纤适配器IV 8—聚乙烯封帽9一气体室
[0015]10—裸纤适配器套管 11 一熔接点12—大芯径光子晶体光纤II
[0016]13—氟化钡封帽21 —光纤包层外径Al 22—光纤包层内径A2
[0017]23—空气孔内径BI 24—空气孔外径B2 25—纤芯内径Cl
[0018]26—纤芯外径C2。
【具体实施方式】
[0019]本实用新型采用大芯径光子晶体光纤作为二氧化碳(C02)激光与甲醇(CH30H)蒸汽相互作用的气体池，大大缩小了 THz源的体积，增加了 C02激光与CH30H气体相互作用的强度，同时设计的大芯径光子晶体光纤可以降低C02激光的传输损耗，提高激光器的转换效率，为实现具有高光束质量、低传输损耗、可靠稳定且体积小的THz激光器提供了新的途径。
[0020]本实用新型提出的新型光子晶体光纤THz激光器主要是采用大芯径空芯光子晶体光纤作为THz波的发生管，降低C02激光的传输损耗，增强C02激光与CH30H气体相互作用的强度，提高THz的转换效率，实现可靠稳定且体积小的THz激光器。
[0021]本实用新型是利用下述技术方案实现的:所述的C02激光器输出的红外光波(波长为10.6μπι)经所述的砸化锌(ZnSe)会聚透镜会聚到所述的大芯径光子晶体光纤II的纤芯。为保证所述的气室的压强，所述的大芯径光子晶体光纤的入射端通过所述的大芯径裸纤适配器I与所述的氟化钡封帽相连。所述的大芯径光子晶体光纤II的输出端通过所述的大芯径裸纤适配器II和所述的大芯径裸纤适配器III经所述的裸纤适配器套管与所述的大芯径光子晶体光纤I相连接。所述的大芯径光子晶体光纤I的输出端通过所述的大芯径裸纤适配器IV固定在所述的气室上。为保证所述的气室的压强，所述的大芯径裸纤适配器IV通过所述的聚乙烯封帽进行密封。当所述的C02激光器输出的红外光波经过所述的氟化钡封帽进入所述的大芯径光子晶体光纤I的纤芯，使纤芯的CH30H蒸汽发生粒子数反转，随着所述的C02激光器的泵浦功率的增加，上能级粒子数迅速增加，当所述的C02激光器的泵浦功率超过THz激光器的阈值后，THz经所述的大芯径光子晶体光纤I和所述的聚乙烯封帽输出。
[0022]下面结合【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细地描述。如附图1所示，本实用新型提出的新型光子晶体光纤THz激光器主要有C02激光器泵浦源和THz气室两大部分构成。
[0023]所述的C02激光器(I)经所述的ZnSe会聚透镜(2)会聚到所述的大芯径光子晶体光纤II (12)的纤芯。THz气室由所述的氟化钡封帽(13)、所述的大芯径光子晶体光纤II (12)、所述的大芯径裸纤适配器I (3)、所述的大芯径裸纤适配器II (4)、所述的大芯径裸纤适配器III (5)、所述的大芯径光子晶体光纤I (6)、所述的大芯径裸纤适配器IV(7)、所述的裸纤适配器套管(10)、所述的聚乙烯封帽(8)和所述的气体室(9)组成。
[0024]所述的大芯径光子晶体光纤I (6)和所述的大芯径光子晶体光纤II (12)经所述的裸纤适配器套管(10)相连，所述的裸纤适配器套管(10)为不完全闭合的套管，以保证CH30H蒸汽进入所述的大芯径光子晶体光纤1(6)与C02激光相互作用。所述的大芯径裸纤适配器I (3)和所述的大芯径裸纤适配器IV(7)分别固定在所述的气体室(9)的两个端面上，并用所述的氟化钡封帽(13)和所述的聚乙烯封帽(8)分别对其进行密封，然后对所述的气室(9)抽真空后充入CH30H蒸汽，使得THz气室内CH30H蒸汽的压强为0.2-0.4毫巴。C02激光经所述的氟化钡封帽(13)依次通过所述的大芯径光子晶体光纤II (12)、所述的大芯径裸纤适配器I (3)、所述的大芯径裸纤适配器II (4)与经过所述的裸纤适配器套管(10)进入所述的大芯径光子晶体光纤I (6)内的CH30H蒸汽相互作用。
[0025]当所述的C02激光器(I)输出的红外光波经过所述的氟化钡封帽(13)进入所述的大芯径光子晶体光纤I (6)的纤芯与CH30H蒸汽相互作用时，使得纤芯内的CH30H蒸汽发生粒子数反转，当所述的C02激光器(I)的输出功率达到30W时，经所述的大芯径光子晶体光纤1(6)和所述的聚乙烯封帽(8)输出THz。
[0026]为使得本实用新型提出的新型光子晶体光纤THz激光器的性能达到最优，在实施过程中需保证:
[0027]1.为保证THz激光器具有高的转换效率，氟化钡封帽和聚乙烯封帽需具有高的透过率。
[0028]2.采用压强差的方法对THz气室进行充气:当气室所需气压高于环境气压时，先打开聚乙烯封帽，然后对气体室进行充气，待气体室的压强值变化趋于不变时，用聚乙烯封帽对气室进行密封，并结束充气；当需要提高气室真空度的情况下，先打开聚乙烯封帽，然后对气体室进行充气，待气体室的压强值变化趋于不变时，用聚乙烯封帽对气室进行密封，然后在对气室进行抽真空操作直到所需真空度。
[0029]3.需要对大芯径光子晶体光纤的尺寸进行合理设计，如附图2所示，所述的光纤包层外径Al = 350um，所述的光纤包层内径A2 = 290um，所述的空气孔外径B2 = 80um，所述的空气孔内径BI = 64.5um，所述的纤芯外径C2 = 130um，所述的纤芯内径Cl = 10um,以保证C02激光(附图3)和THz波(附图4)具有较好的模场分布，保证高的光束质量。
[0030]尽管上面结合图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。
【主权项】
1.一种光子晶体光纤THz激光器，其特征是，结构为:激光器输出的红外光波经砸化锌会聚透镜、氟化钡封帽、大芯径裸纤适配器I会聚到大芯径光子晶体光纤II的纤芯；大芯径光子晶体光纤II的输出端依次通过大芯径裸纤适配器I1、裸纤适配器套管和大芯径裸纤适配器III与所述的大芯径光子晶体光纤I相连接；所述的大芯径光子晶体光纤I的输出端通过大芯径裸纤适配器IV另一个聚乙烯封帽进行输出；除激光器、砸化锌会聚透镜外前述各组成部分均设置在气室内，所述氟化钡封帽、大芯径裸纤适配器I固定在气室一端，大芯径裸纤适配器IV及另一个聚乙烯封帽固定在气室另一端；气室填充CH30H蒸汽。
2.如权利要求1所述的光子晶体光纤THz激光器，其特征是，大芯径光子晶体光纤的结构为:光纤包层外径Al = 350um，光纤包层内径A2 = 290um，空气孔外径B2 = 80um，空气孔内径BI = 64.5um，纤芯外径C2 = 130um，纤芯内径Cl = 10um0
【专利摘要】本实用新型涉及太赫兹激光器技术领域，为缩小THz激光器的体积，提高THz激光器的转换效率，提供一种具有高光束质量、低传输损耗、可靠稳定且体积小的新型THz激光器。为此，本实用新型采取的技术方案是光子晶体光纤THz激光器，结构为：激光器输出的红外光波经硒化锌会聚透镜、氟化钡封帽、大芯径裸纤适配器I会聚到大芯径光子晶体光纤II的纤芯；大芯径光子晶体光纤II的输出端依次通过大芯径裸纤适配器II、裸纤适配器套管和大芯径裸纤适配器III与所述的大芯径光子晶体光纤I相连接；除激光器、硒化锌会聚透镜外前述各组成部分均设置在气室内。本实用新型主要应用于太赫兹激光器的设计制造。
【IPC分类】H01S3-034
【公开号】CN204517126
【申请号】CN201520171554
【发明人】史伟, 张海伟, 姚建铨
【申请人】天津大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年3月25日