空心光子晶体光纤气体吸收池及其制作方法【专利摘要】一种空心光子晶体光纤气体吸收池及其制作方法，包括一根单模光纤、一个光纤熔接保护套、一根空心光子晶体光纤和一个光电探测器，所述的单模光纤的一端和所述的空心光子晶体光纤的一端熔接构成熔接接头，形成密封的空心光子晶体光纤气体吸收池的一端，所述的光纤熔接保护套对熔接接头进行覆盖保护，其特点在于；所述的空心光子晶体光纤的另一端熔封处理成输出端，输出端面与所述的光电探测器的探测面相对但不平行。本发明有效地改善了现有空心光子晶体光纤气体吸收池透射光的背景噪声问题，有体积小、重量轻和稳健性高的特点。【专利说明】空心光子晶体光纤气体吸收池及其制作方法【
技术领域：
】[0001]本发明涉及气体吸收池，尤其是一种空心光子晶体光纤气体吸收池及其制作方法。【
背景技术：
】[0002]在气体吸收谱分析、激光频率稳定、冷原子钟等领域，都需要有一个特定频率且频率稳定性高的激光器，利用气体吸收线作为频率参考进行稳频就是实现这种激光器的一种方法。[0003]气体吸收池是用气体吸收线作为频率参考实现激光稳频的必要部件之一。对于某些吸收强度比较弱的气体，需要有光与气体的相互作用的距离较长。此外特别对于星载、机载、车载的应用，对稳频激光器还有重量和抗震的要求，因此气体吸收池还要具有体积小、重量轻和稳健性高的特点。[0004]在先常用的一种利用空心光子晶体光纤实现体积小、重量轻和稳健性高的气体吸收池的方案(参见[1]BENABIDF，COUNYF，KNIGHTJC等人.Compact,stableandefficientall-fibregascellsusinghollow-corephotoniccrystalfibres[J].Nature,2005,434(7032):488-491)，该方案是先在空心光子晶体光纤中充入指定气体，再将空心光子晶体光纤两端与普通单模光纤熔接，完成空心光子晶体光纤气体吸收池的制作。但是该方案存在下述问题:由于熔接端面是垂直的，该端面会形成显著的菲涅耳反射。根据法布里-珀罗干涉仪的原理，在所述空心光子晶体光纤吸收池中，由于吸收池的两个端面为互相平行的垂直切割面，吸收池非常容易形成法布里-珀罗谐振腔。因此在空心光子晶体光纤气体吸收池的透射谱中会存在法布里-珀罗干涉条纹。在先的解决方法有(参B[2]COUNYF，BENABIDF，LIGHTPS.Reduct1nofFresnelBack-Reflect1natSpliceInterfaceBetweenHollowCorePCFandSingle-ModeFiber[J].1EEEPhotonicsTechnologyLetters,2007，19(13):1020-1022.)利用小倾角切割并熔接对应的空心光子晶体光纤气体吸收池和单模光纤。但由于本【
技术领域：
】内公知，对于空心光子晶体光纤斜角的切割难度高，所以此方法操作难度高，不易于实现。[0005]在先空心光子晶体光纤气体吸收池的方案还有(参见[3]MARTYPT,MORELJ,FEURERT.All-FiberMult1-PurposeGasCellsandTheirApplicat1nsinSpectroscopy[J].JournalofLightwaveTechnology,2OlO,28(8):1236-1240.),该方案将空心光子晶体光纤与多模光纤用硅基V型槽对准，实现光耦合。另由于空心光子晶体光纤的特殊结构，以及制作光子晶体光纤工艺的限制，在光子晶体光纤存在多个模式光场，由于多模式相干致使远场光斑分布变化。而在使用过程中，因为工艺的限制，模式干涉导致光斑质心的持续变化。[0006]对于在先技术(参见[I][2][3])，采用空心光子晶体光纤输出端熔接或对接普通光纤，因为光纤纤芯孔径尺寸的有限性，相当于在吸收池装置中引入了一个空间滤波器，这个空间滤波器将导致额外的背景振荡，引起稳频性能恶化。[0007]因此，现有技术还有待改进和发展。【
发明内容】[0008]本发明的目的在于克服上述在先技术的不足，提供一种空心光子晶体光纤气体吸收池及其制作方法。该空心光子晶体光纤气体吸收池可消除透射谱背景噪声中的法布里-珀罗干涉条纹，减小了对应的透射谱的背景噪声振荡。[0009]本发明的目的是这样实现的:[0010]一种空心光子晶体光纤气体吸收池，包括一根单模光纤、一个光纤熔接保护套、一根空心光子晶体光纤和一个光电探测器，所述的单模光纤的一端和所述的空心光子晶体光纤的一端熔接构成熔接接头，形成密封的空心光子晶体光纤气体吸收池的一端，所述的光纤熔接保护套对熔接接头进行覆盖保护，其特点在于；所述的空心光子晶体光纤的另一端熔封处理成输出端，输出端面与所述的光电探测器的探测面相对但不平行。[0011]上述的空心光子晶体光纤气体吸收池的制作方法，该方法包含以下步骤:[0012]I)将单模光纤的输出端与空心光子晶体光纤的输入端进行熔接，构成熔接接头，密封所述的空心光子晶体光纤的一端，并使用光纤熔接保护套对熔接接头进行覆盖保护；[0013]2)将单模光纤与空心光子晶体光纤置于气室内，对所述的空心光子晶体光纤的纤芯进行充气；[0014]3)在充气状态下，将所述的空心光子晶体光纤的另一端进行熔融塌缩，将所述的气体密封在所述的纤芯中形成塌缩端；[0015]4)对所述的空心光子晶体光纤的塌缩端进行处理:[0016]①信号光从所述的单模光纤的自由端输入，经所述的空心光子晶体光纤的塌缩端出射透射光，该透射光由所述的光电探测器接收，该光电探测器输出的探测信号由相应的仪器记录；[0017]②对空心光子晶体光纤的塌缩端进行打磨、切割或者镀膜处理，使仪器记录的探测信号满足相关系统的要求，构成空心光子晶体光纤的输出端；[0018]5)固定所述的空心光子晶体光纤及其输出端和所述的光电探测器。[0019]本发明与在先技术相比，有如下优点及积极效果:[0020]1、与在先技术[I]相比，本发明的空心光子晶体光纤气体吸收池通过对空心光子晶体光纤出射端的端面进行熔融塌缩处理后并进行切割、打磨或者镀膜处理，消除了透射谱背景噪声中会存在的法布里-珀罗干涉条纹。[0021]2、与在先技术[2]相比，本发明的空心光子晶体光纤气体吸收池通过对空心光子晶体光纤出射端的端面进行熔融塌缩处理后并进行切割、打磨或者镀膜处理，简单方便，易于实现，具备极强的可重复操作性。[0022]3、与在先技术[I][2][3]相比，本发明的空心光子晶体光纤气体吸收池采用熔融塌缩处理后，与光电探测器对接固定，避免了有限纤芯芯径光纤对接时引入的空间滤波效应，减小了对应的透射谱背景噪声振荡。【专利附图】【附图说明】[0023]图1为本发明空心光子晶体光纤气体吸收池结构框图。[0024]图2为本发明制作方法中的空心光子晶体光纤输出端处理示意图。[0025]图3为本发明装置第一实施例的空心光子晶体光纤输出端示意图。[0026]图4为本发明装置第二实施例的空心光子晶体光纤输出端示意图。[0027]图5为本发明装置第三实施例的空心光子晶体光纤输出端示意图。[0028]图6为本发明装置透射光谱与普通光子晶体光纤吸收池透射光谱对比示意图。[0029]图中的图示只是示意性的，并未按照比例绘制。应当指出，在适当的情况下，为相似的原件提供了相同的附图标记。【具体实施方式】[0030]下面结合实例和附图对本发明进行进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。[0031]先请参阅图1，本发明空心光子晶体光纤气体吸收池，包括一根单模光纤103、一个光纤熔接保护套105、一根空心光子晶体光纤111和一个光电探测器121，所述的单模光纤103的一端和所述的空心光子晶体光纤111的一端熔接构成熔接接头107，形成密封的空心光子晶体光纤气体吸收池的一端，所述的光纤熔接保护套105对熔接接头107进行覆盖保护，所述的空心光子晶体光纤111的另一端熔封处理成斜面输出端115，该输出端面与所述的光电探测器121的探测面相对但不平行。[0032]所述的空心光子晶体光纤气体吸收池的制作方法，其特征在于该方法包含以下步骤:[0033]I)将单模光纤103的输出端与空心光子晶体光纤111的输入端进行熔接，构成熔接接头107，密封所述的空心光子晶体光纤的一端，并使用光纤熔接保护套105对熔接接头107进行覆盖保护；[0034]2)将单模光纤103与空心光子晶体光纤111置于气室内，对所述的空心光子晶体光纤111的纤芯113进行充气；[0035]3)在充气状态下，将所述的空心光子晶体光纤111的另一端进行熔融塌缩，将所述的气体密封在所述的纤芯113中形成塌缩端；[0036]4)对所述的空心光子晶体光纤111的塌缩端进行处理:[0037]①信号光101从所述的单模光纤103的自由端输入，经所述的空心光子晶体光纤111的塌缩端出射透射光117，该透射光117由所述的光电探测器121接收，该光电探测器121输出的探测信号123由相应的仪器记录；[0038]②对空心光子晶体光纤111的塌缩端进行打磨、切割或者镀膜处理，使仪器记录的探测信号123满足相关系统的要求，构成空心光子晶体光纤111的输出端115；[0039]5)固定所述的空心光子晶体光纤111及其输出端115和所述的光电探测器121。[0040]图2示出了根据本发明制作方法的空心光子晶体光纤输出端的处理效果示意图，其中，视图左侧为尚未处理的空心光子晶体光纤，所述空心光子晶体光纤纤芯201并未密封。通过对所述空心光子晶体光纤输出端203进行加热熔融处理205，请参见视图右侧，所述空心光子晶体光纤输出端115处光纤包层塌缩密封,所述空心光子晶体光纤纤芯113已经形成密封腔体，所述空心光子晶体光纤输出端115形成可后续加工处理的完整表面。[0041]所述的加热熔融处理过程205，其方法采用CO2激光器或熔接机电极加热，通过设定合适的加热电流、加热时间、以及加热位置，使得空心光子晶体光纤塌缩内表面形成非平面，避免背向反射或散射光207形成FP干涉条纹，消除了对应的透射谱噪声。[0042]图3示出了根据本发明的空心光子晶体光纤气体吸收池的第一实施例，其中，视图仅不出空心光子晶体光纤111的输出端部份，即空心光子晶体光纤输出端115。在这一实施例中，对输出端115表面进行了打磨处理，形成了一个特定形状的表面301，可以实现透射光117的平行汇聚。并对输出端115表面进行了镀膜处理，即所述输出端表面301表面存在增透膜303。[0043]图4示出了根据本发明的空心光子晶体光纤气体吸收池装置的第二实施例，其中，视图仅示出空心光子晶体光纤111的输出端部份，即空心光子晶体光纤输出端115。在这一实施例中，对输出端115表面进行了切割处理，形成斜切表面401,这样可以减少输出端115表面的平行反射光，减少了透射光117中法布里-珀罗干涉条纹引起的背景振荡。[0044]图5示出了根据本发明的空心光子晶体光纤气体吸收池装置的第三实施例，其中，视图仅示出空心光子晶体光纤111的输出端部份，即空心光子晶体光纤输出端115，以及辅助聚焦透镜501。在这一实施例中，对输出端115表面进行了切割处理，形成斜切表面401，并且对斜切表面401表面进行了镀膜处理，即所述斜切表面401表面存在增透膜503。并且在输出端115与光电探测器121中间处，固定放置了聚焦透镜501。[0045]注意，在第一实施例、第二实施例以及第三实施例中，都是可以选择不镀增透膜，在对输出端115端面打磨或切割后，减少了菲涅耳反射，消除了透射光117中的法布里-珀罗干涉条纹；或者选择镀增透膜，可以更好地减少菲涅耳反射，更有效地消除法布里-珀罗干涉条纹，但会增加一定的制作复杂度。[0046]图6示出了空心光子晶体光纤气体吸收池的结构及其测试所得透射谱，其中，图6(a)中，上方的是普通光子晶体光纤气体吸收池结构示意图，所述吸收池由空心光子晶体光纤前后端面平口熔接对应光纤构成；下方的是该吸收池其测试所得透射谱，由图可见，有明显的法布里-珀罗干涉条纹引起的背景振荡。图6(b)中，上方的是本发明的空心光子晶体光纤气体吸收池装置结构示意图下方的是本发明装置吸收池的测试所得透射谱，消除了背景振荡。[0047]本发明有效地改善了现有空心光子晶体光纤气体吸收池透射光的背景噪声问题，有体积小、重量轻和稳健性高的特点。未详细阐述部分属于本领域公知技术。【权利要求】1.一种空心光子晶体光纤气体吸收池，包括一根单模光纤(103)、一个光纤熔接保护套(105)、一根空心光子晶体光纤(111)和一个光电探测器(121)，所述的单模光纤(103)的一端和所述的空心光子晶体光纤(111)的一端熔接构成熔接接头(107)，形成空心光子晶体光纤气体吸收池的一个密封端，所述的光纤熔接保护套(105)对熔接接头(107)进行覆盖保护，其特征在于；所述的空心光子晶体光纤(Ul)的另一端熔封处理成输出端(115)，输出端面与所述的光电探测器(121)的探测面相对但不平行。2.权利要求1所述的空心光子晶体光纤气体吸收池的制作方法，其特征在于该方法包含以下步骤:1)将单模光纤(103)的输出端与空心光子晶体光纤(111)的输入端进行熔接，构成熔接接头(107)，密封所述的空心光子晶体光纤的一端，使用光纤熔接保护套(105)对熔接接头(107)进行覆盖保护；2)将单模光纤(103)与空心光子晶体光纤(111)置于气室内，对所述的空心光子晶体光纤(111)的纤芯(113)进行充气；3)在充气状态下，将所述的空心光子晶体光纤(111)的另一端进行熔融塌缩，将所述的气体密封在所述的纤芯(113)中形成塌缩端；4)对所述的空心光子晶体光纤(111)的塌缩端进行处理:①信号光(101)从所述的单模光纤(103)的自由端输入，经所述的空心光子晶体光纤(111)的塌缩端出射透射光(117)，该透射光(117)由所述的光电探测器121接收，该光电探测器(121)输出的探测信号(123)由相应的仪器记录；②对空心光子晶体光纤(111)的塌缩端进行打磨、切割或者镀膜处理，使仪器记录的探测信号(123)满足相关系统的要求，构成空心光子晶体光纤(111)的输出端(115)；5)固定所述的空心光子晶体光纤(111)及其输出端(115)和所述的光电探测器(121)。【文档编号】G01N21/01GK104181648SQ201410321070【公开日】2014年12月3日申请日期:2014年7月7日优先权日:2014年7月7日【发明者】蔡海文,陈泽恒,黄崇德,耿建新,陈迪俊,陈卫标申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所