基于光纤端帽的全光纤气体腔

1.本实用新型主要涉及到光纤激光技术领域，特指一种基于光纤端帽的全光纤气体腔。


背景技术：

2.空芯光纤的出现，极大地促进了现代光学的发展，在光纤激光，非线性光学，超快光学，超连续谱，传感，通信等领域提供了理想的传输实验平台。在这之中，空芯光纤的出现开创了光纤气体激光器的新纪元：空芯光纤可以极大增加激光与气体的相互作用距离和强度，通过将气体介质填充于空芯光纤内部，利用激光泵浦，基于气体粒子数反转或者气体非线性效应，空芯光纤内部能够在低阈值情况下实现紫外到红外范围内各波段的激光输出。
3.然而目前的包含气体填充空芯光纤的实验系统，大多数使用两个气体腔分别密封空芯光纤的两端，气体腔装嵌玻璃片实现激光的输入/输出，具有体积庞大、不易携带的缺点；另外在高功率的实验中，气体腔内空芯光纤密封处的热积累将会导致该密封处光纤的形变，造成耦合效率的下降，带来耦合调节的不便，甚至损坏空芯光纤。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种基于光纤端帽的全光纤气体腔，能够克服现有空芯光纤气体腔体积庞大、稳定性差、高功率调节难度大的不足。
5.为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是：
6.基于光纤端帽的全光纤气体腔，包括空芯光纤，空芯光纤的第一端熔接第一端端帽，第一端端帽镀有输入端增透膜，空芯光纤的第二端熔接第二端端帽，第二端端帽镀有输出端增透膜，第一端端帽和第二端端帽之间的空芯光纤上至少开设有一个贯穿空芯光纤包层联通空芯光纤纤芯的通孔，外部的充气装置通过通孔向空芯光纤纤芯中充入气体，通孔处设置有密封结构密封。
7.作为本实用新型的优选方案，所述通孔通过飞秒激光打孔的方式开设。
8.作为本实用新型的优选方案，所述密封结构为小型气体腔。
9.作为本实用新型的优选方案，通孔处的空芯光纤通过光纤密封口密封于小型气体腔内部，空芯光纤纤芯与小型气体腔内部的空气能够流通，小型气体腔连接有气体管道，所述气体管道上设置有阀门，通过气体管道能够连接真空抽气泵或者气瓶，通过阀门实现气体管道的开放和密封。
10.作为本实用新型的优选方案，所述密封结构包括密封胶，空芯光纤纤芯中充入气体后，采用密封胶封堵通孔。所述密封胶为环氧树脂胶水或紫外固化胶。进一步地，所述密封结构还包括封装夹具，在密封胶封堵后的通孔外侧封装封装夹具。
11.作为本实用新型的优选方案，所述空芯光纤采用反共振空芯光纤，如采用冰激凌型反共振空芯光纤、无节点型反共振空芯光纤或者嵌套型反共振空芯光纤。
12.作为本实用新型的优选方案，所述空芯光纤采用光子晶体空芯光纤。
13.与现有技术相比，本实用新型的有益效果至少包括：
14.1、本实用新型提供通过空芯光纤两端熔接端帽的方式，实现密封式的全光纤气体腔，相比一般气体腔密封空芯光纤两端的系统，具有工艺简单，小型化，稳定性好的优点。
15.2、本实用新型可解决非光纤气体腔中气体介质与激光相互作用距离短的问题，在光纤气体激光领域有重要的应用价值。
16.3、本实用新型可解决高功率注入下耦合难以调节的问题。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
18.图1是实施例1中提供的基于光纤端帽的全光纤气体腔的结构示意图；
19.图2是实施例1中小型气体腔的结构示意图；
20.图3是实施例2中提供的基于光纤端帽的全光纤气体腔的结构示意图；
21.图4为冰激凌型反共振空芯光纤横截面示意图。
22.图5为无节点型反共振空芯光纤横截面示意图。
23.图6为嵌套型反共振空芯光纤横截面示意图。
24.图7为光子晶体空芯光纤横截面示意图。
25.图8为冰激凌型反共振空芯光纤打孔横截面示意图。
26.图9为无节点型反共振空芯光纤打孔横截面示意图。
27.图10为嵌套型反共振空芯光纤打孔横截面示意图。
28.图11为光子晶体空芯光纤打孔横截面示意图。
29.图中标号：
30.1、输入端增透膜；2、第一端端帽；3、空芯光纤；3
‑
1、空芯光纤纤芯；3
‑
2、空芯光纤包层；3
‑
3、通孔；4、小型气体腔；4
‑
1、光纤密封口；4
‑
2、小型气体腔腔内；4
‑
3、阀门；4
‑
4、气体管道；5、第二端端帽；6、输出端增透膜；7、封装夹具。
具体实施方式
31.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
32.需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
33.另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多
个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
34.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
35.另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
36.实施例1：
37.如图1和图2所示，本实施例中，基于光纤端帽的全光纤气体腔，包括空芯光纤3，空芯光纤3的第一端熔接第一端端帽2，第一端端帽2镀有输入端增透膜1。第一端端帽2起到密封空芯光纤3的第一端的作用。空芯光纤3的第二端熔接第二端端帽5，第二端端帽5镀有输出端增透膜6。第二端端帽5起到密封空芯光纤3的第二端的作用。所述输入端增透膜对注入全光纤气体腔的激光具有高透射率，所述输出端增透膜对全光纤气体腔输出的激光具有高透射率。
38.第一端端帽2和第二端端帽5之间的空芯光纤3上开设有一个贯穿空芯光纤包层3
‑
2联通空芯光纤纤芯3
‑
1的通孔3
‑
3，外部的充气装置通过通孔3
‑
3向空芯光纤纤芯3
‑
1中充入气体，通孔处设置有密封结构密封。本实施例中，通孔处的空芯光纤3通过光纤密封口4
‑
1密封于小型气体腔腔内4
‑
2，空芯光纤纤芯3
‑
1与小型气体腔腔内4
‑
2的空气能够流通，小型气体腔4连接有气体管道4
‑
4，气体管道4
‑
4上设置有阀门4
‑
3，通过气体管道4
‑
4能够连接真空抽气泵或者气瓶，起到对空芯光纤内充气以及调节空芯光纤内气压的作用。通过阀门4
‑
3实现气体管道的开放和密封。阀门4
‑
3将小型气体腔密封，使得小型气体腔能够脱离抽气泵等装置。
39.对于气压恒定的全光纤气体腔，可将空芯光纤从小型气体腔中取出，通孔3
‑
3通过点胶方式密封，再由封装夹具封装进行保护。
40.实施例2：
41.如图3所示，本实施例中，基于光纤端帽的全光纤气体腔，包括空芯光纤3，空芯光纤3的第一端熔接第一端端帽2，第一端端帽2镀有输入端增透膜1。第一端端帽2起到密封空芯光纤3的第一端的作用。空芯光纤3的第二端熔接第二端端帽5，第二端端帽5镀有输出端增透膜6。第二端端帽5起到密封空芯光纤3的第二端的作用。所述输入端增透膜对注入全光纤气体腔的激光具有高透射率，所述输出端增透膜对全光纤气体腔输出的激光具有高透射率。
42.第一端端帽2和第二端端帽5之间的空芯光纤3上开设有一个贯穿空芯光纤包层3
‑
2联通空芯光纤纤芯3
‑
1的通孔3
‑
3，外部的充气装置通过通孔3
‑
3向空芯光纤纤芯3
‑
1中充入气体，通孔处设置有密封结构密封。本实施例中，密封结构包括密封胶和封装夹具7，空芯光纤纤芯3
‑
1中充入气体后，采用密封胶封堵通孔3
‑
3，在密封胶封堵后的通孔外侧封装封装夹具7。密封胶为环氧树脂胶水或紫外固化胶等。封装夹具7对含有通孔的该小段空芯光
纤进行遮盖封装，以保护此段空芯光纤。
43.上述各实施例中，通孔3
‑
3通过飞秒激光打孔的方式开设。如图8
‑
图11所示，图8为冰激凌型反共振空芯光纤打孔横截面示意图，图9为无节点型反共振空芯光纤打孔横截面示意图，图10为嵌套型反共振空芯光纤打孔横截面示意图，图11为光子晶体空芯光纤打孔横截面示意图。以冰激凌型反共振空芯光纤为例，空芯光纤包层的外围部分及微结构部分被破坏形成通孔，因此空芯光纤纤芯与外界环境保持连通状态。对于无节点以及嵌套型反共振空芯光纤，可在不破坏包层微结构部分的情况下，对包层开孔，使空芯光纤纤芯与外界保持连通。
44.上述各实施例中，所述空芯光纤可采用反共振空芯光纤，如空芯光纤采用冰激凌型反共振空芯光纤、无节点型反共振空芯光纤或者嵌套型反共振空芯光纤。所述空芯光纤也可以采用光子晶体空芯光纤。参照图4至7，图4为冰激凌型反共振空芯光纤横截面示意图。图5为无节点型反共振空芯光纤横截面示意图。图6为嵌套型反共振空芯光纤横截面示意图。图7为光子晶体空芯光纤横截面示意图。
45.上述各实施例中，第一端端帽2和第二端端帽5依据注入全光纤气体腔的波长以及全光纤气体腔输出的波长，可由石英材料或者中红外材料制作而成。
46.上述各实施例中，所述空芯光纤3与第一端端帽2、第二端端帽5熔接，需要保持熔接处空芯光纤的微结构薄壁形变越小越好。
47.综上所述，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视权利要求书界定的范围为准。