一种基于大模场反谐振空芯光子晶体光纤的光谱展宽装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于大模场反谐振空芯光子晶体光纤的光谱展宽装置，所述光谱展宽装置包括：光纤啁啾Yb放大器、望远镜、平凸透镜、第一真空腔窗片、第一真空腔、反谐振空芯光子晶体光纤、第二真空腔、第二真空腔窗片、第一真空气压表、第二真空气压表、第一气路阀门、真空泵、第二气路阀门、第三气路阀门、第四气路阀门、真空气管、检压阀门、高压气体瓶、惰性气体和光谱仪。本发明专利技术还提供所述光谱展宽装置的使用方法。所述展宽光谱装置具有结构简单、操作灵活和高效率透射等优点，在超连续光谱的产生、脉冲整形技术、阿秒脉冲的产生以及光纤通信领域有较为广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于大模场反谐振空芯光子晶体光纤的光谱展宽装置
本专利技术涉及一种光谱展宽装置，尤其涉及一种基于大模场反谐振空芯光子晶体光纤的光谱展宽装置，以及所述光谱展宽装置的使用方法。
技术介绍
近年来随着强场物理以及阿秒产生的发展需要，脉冲的展宽和压缩成为脉冲整形的一种关键性的技术方式，目的是获得超短超强的激光脉冲用于轰击气体靶子产生高次谐波，进而产生阿秒脉冲。毛细石英管被选择作为一种实验光波导，在脉冲的展宽过程中得到了广发应用。通过对毛细石英管进行密封和充高非线性惰性气体(He，Ne，Ar，Kr，Xe)，实现了有效的光谱展宽。自相位调制在光谱整个展宽过程中起主要的作用。毛细石英管因为其结构简单、制作工艺成熟、可操作性强被广泛的应用在强场系统中，但是其缺点也是非常明显的，如损耗大、易产生高阶模场、色散难控制等，这也在一定程度上限制了实验的高效率能量输。大模场反谐振空芯光子晶体光纤的出现，为解决上述的问题提出了一种新的可能。这种光纤有包层结构和纤芯两部分组成，包层结构对此种光纤的光学特性具有决定性的作用。光纤包层是一些正六角排列的不同规则形状的空气管组成。与毛细石英管相比，这种光纤有宽带低损耗、可控制色散、大模场面积、损伤阈值高等优点。问世以来在光纤的展宽和压缩的强场系统中展现出了强大的优势，并且已经在实验上获得了成功。但如何将高非线性气体充入光纤成为了一个的技术难点。
技术实现思路
因此，基于现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于大模场反谐振空芯光子晶体光纤的光谱展宽装置，以及所述光谱展宽装置的使用方法。为了实现上述目的，本专利技术是通过下述技术方案实现的：本专利技术提供一种基于大模场反谐振空芯光子晶体光纤的光谱展宽装置，其中，所述光谱展宽装置包括：光纤啁啾Yb放大器(FCPA)、望远镜、平凸透镜、第一真空腔窗片、第一真空腔、反谐振空芯光子晶体光纤(HC-PCF)、第二真空腔、第二真空腔窗片、第一真空气压表、第二真空气压表、第一气路阀门、真空泵、第二气路阀门、第三气路阀门、第四气路阀门、真空气管、检压阀门、高压气瓶、惰性气体和光谱仪；所述光纤啁啾Yb放大器，输出波长在1030nm附近的飞秒锁模激光脉冲，用于泵浦充有所述惰性气体的反谐振空芯光子晶体光纤，所述望远镜，是用于扩大所述光纤啁啾Yb放大器的光斑的直径，为了使光斑能够被聚焦到小于光纤纤芯的直径进而获得高的光耦合效率，所述平凸透镜，将扩束后的所述光斑聚焦到光纤纤芯大小数量级，使得光能量最大化地从空间进入到所述光纤，反谐振空芯光子晶体光纤，连接所述第一真空腔和所述第二真空腔，所述光纤的入口和出口分别密封到所述第一真空腔和所述第二真空腔中，作为高效率透射能量的一种波导，为所述惰性气体和所述激光脉冲提供相互作用通道，所述激光脉冲与所述惰性气体相互作用在所述光纤中不断的积累。所述第一真空腔，用于密封所述光纤的入口，使得其腔体内的所述惰性气体被压入到光纤中，所述光纤水平固定在所述第一真空腔的腔体内水平中心轴线，所述光纤的入口端面正对所述第一真空腔上面的布儒斯特窗口，所述第一真空腔窗片，被密封到所述第一真空腔的布儒斯特窗口上，将扩束聚焦后的光透过布儒斯特角放置的玻璃窗口进入充有所述惰性气体的所述第一真空腔中，使得聚焦后的所述光斑和所述光纤的纤芯位置相重合，所述第二真空腔，用于密封所述光纤的出口，所述光纤在所述第二真空腔内保持与其水平轴线重合，所述光纤的出口端面正对所述第二真空腔上面的布儒斯特窗口，所述第二真空腔窗片，被密封到所述第二真空腔的布儒斯特窗口上，所述光纤的出口的光经所述第二真空腔窗片透射到腔体外变成发散的空间光，所述第一真空气压表和所述第二真空气压表分布在所述第一真空腔的充气口和所述第二真空腔的出气口，检测进入所述第一真空腔的压强和所述第二真空腔内的压强，所述真空泵和所述真空腔的气口通过所述真空气管连接，所述第一气路阀门，位于所述真空泵和所述真空腔之间用于隔绝所述真空泵和所述真空腔，所述第一真空腔的气口和所述第二真空腔的气口通过所述真空气管连接，所述第二气路阀门，位于两个所述真空腔之间的所述真空气管的中间位置，所述高压气体瓶和所述真空腔的气口通过所述真空气管连接，所述第三气路阀门位于所述高压气瓶和所述真空腔之间，所述第四气路阀门，位于所述高压气体瓶的出气口的所述检压阀门上，所述高压气瓶，用于储存所述惰性气体，所述光谱仪位于所述第二真空腔的出口处，用于检测所述第二真空腔出射光的光谱宽度。其中，所述的第一真空腔和第二真空腔，可以是自主设计加工的主体为40mm*40mm*60mm的真空腔，所述真空腔的入口直径为布儒斯特角度切割，直径为20mm，目的是为了使得P偏振的激光全部透射到所述真空腔内。所述的真空腔窗片，位于所述真空腔的布儒斯特角入口和出口位置，大小可以为25mm*35mm，其窗片可以为玻璃片，所述玻璃片边缘被真空胶密封。此窗片在所述真空腔上有两个作用分别为透光和密封。所述真空气压表可以为真空数字气压表，位于所述第一真空腔和所述第二真空腔的充气口和出气口附近，量程为-0bar～6bar，方便于灵敏的检测腔内气压变化。所述第一真空腔和所述第二真空腔的气口可以分别是直径6mm的不锈钢管道，通过使用三通真空球阀将所述真空气压表连接到所述光谱展宽装置中。所述的真空泵，负责清除所述光谱展宽装置内的空气，压力真空强度可以为10-4bar，作用就是和气路阀门配合使用，保持充气前系统内的真空状态。所述的真空气管，位于整个所述光谱展宽装置的器件之间，负责联通所有的器件组成一个密闭的系统，直径可以为6mm，材质可以是聚四氟乙烯。这种管道硬度适中可弯曲耐挤压，通过真空球阀和器件可以严密的连接在一起，保证了充气实验成功进行。所述的高压气瓶的压强可以为150bar，内装的样品气体可以为氩气。目的是给整个系统提供高压气源，保证充气实验的顺利进行。选择单原子的氩气，是因为氩气比氦气和氖气有更多的电子层，更容易电离，而且有相对较高的非线性系数，而且价格比较便宜降低实验成本。所述第四气路阀门可以调节输出到所述光谱展宽装置中的气压。所述第三气路阀门可以用于控制气流进入所述第一真空腔的速度，起到保护的作用。优选地，根据前述的光谱展宽装置，其中，所述光纤啁啾Yb放大器的振荡器采用的非线性偏转锁模机制，激光输出平均功率大于10W，脉冲宽度小于800fs，重复频率约为1MHz。该非线性偏转锁模机制为所述放大器提供了比较稳定的种子源。中心波长在1030nm，根据掺杂的增益介质不同，中心波长可以移动。更优选地，根据前述的光谱展宽装置，其中，所述望远镜由一个凹透镜和一个凸透镜组成。相同的透镜，光斑越大聚焦后的光斑越小，扩束是为了在聚焦中获得更小的光斑。再优选地，根据前述的光谱展宽装置，其中，所述第一真空腔被放置在三维平移台上，通过调节所述三维平移台确保聚焦后的所述光斑和所述光纤的纤芯位置相重合。还优选地，根据前述的光谱展宽装置，其中，所述平凸透镜放置在一维平移台上。进一步优选地，根据前述的光谱展宽装置，其中，所述第一真空气压表和所述第二真空气压表为高灵敏电子真空气压表。更进一步优选地，根据前述的光谱展宽装置，其中，所述检压有两个表头，一个所述表头用于检查所述高压气瓶内的压强，另一个所述表头用于控制输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于大模场反谐振空芯光子晶体光纤的光谱展宽装置，其特征在于，所述光谱展宽装置包括：光纤啁啾Yb放大器、望远镜、平凸透镜、第一真空腔窗片、第一真空腔、反谐振空芯光子晶体光纤、第二真空腔、第二真空腔窗片、第一真空气压表、第二真空气压表、第一气路阀门、真空泵、第二气路阀门、第三气路阀门、第四气路阀门、真空气管、检压阀门、高压气体瓶、惰性气体和光谱仪；所述光纤啁啾Yb放大器，输出波长在1030nm附近的飞秒锁模激光脉冲，用于泵浦充有所述惰性气体的反谐振空芯光子晶体光纤，所述望远镜，是用于扩大所述光纤啁啾Yb放大器的光斑的直径，所述平凸透镜，将扩束后的所述光斑聚焦到光纤纤芯大小数量级，使得光能量最大化地从空间进入到所述光纤，反谐振空芯光子晶体光纤，连接所述第一真空腔和所述第二真空腔，所述光纤的入口和出口分别密封到所述第一真空腔和所述第二真空腔中，所述第一真空腔，用于密封所述光纤的入口，使得其腔体内的所述惰性气体被压入到光纤中，所述光纤水平固定在所述第一真空腔的腔体内水平中心轴线，所述光纤的入口端面正对所述第一真空腔上面的布儒斯特窗口，所述第一真空腔窗片，被密封到所述第一真空腔的布儒斯特窗口上，将扩束聚焦后的光透过布儒斯特角放置的玻璃窗口进入充有所述惰性气体的所述第一真空腔中，使得聚焦后的所述光斑和所述光纤的纤芯位置相重合，所述第二真空腔，用于密封所述光纤的出口，所述光纤在所述第二真空腔内保持与其水平轴线重合，所述光纤的出口端面正对所述第二真空腔上面的布儒斯特窗口，所述第二真空腔窗片，被密封到所述第二真空腔的布儒斯特窗口上，所述光纤的出口的光经所述第二真空腔窗片透射到腔体外变成发散的空间光，所述第一真空气压表和所述第二真空气压表分布在所述第一真空腔的充气口和所述第二真空腔的出气口，检测进入所述第一真空腔的压强和所述第二真空腔内的压强，所述真空泵和所述真空腔的气口通过所述真空气管连接，所述第一气路阀门，位于所述真空泵和所述真空腔之间用于隔绝所述真空泵和所述真空腔，所述第一真空腔的气口和所述第二真空腔的气口通过所述真空气管连接，所述第二气路阀门，位于两个所述真空腔之间的所述真空气管的中间位置，所述高压气体瓶和所述真空腔的气口通过所述真空气管连接，所述第三气路阀门位于所述高压气瓶和所述真空腔之间，所述第四气路阀门，位于所述高压气体瓶的出气口的所述检压阀门上，所述高压气瓶，用于储存所述惰性气体，所述光谱仪位于所述第二真空腔的出口处，用于检测所述第二真空腔出射光的光谱宽度。...

【技术特征摘要】
1.一种基于大模场反谐振空芯光子晶体光纤的光谱展宽装置，其特征在于，所述光谱展宽装置包括：光纤啁啾Yb放大器、望远镜、平凸透镜、第一真空腔窗片、第一真空腔、反谐振空芯光子晶体光纤、第二真空腔、第二真空腔窗片、第一真空气压表、第二真空气压表、第一气路阀门、真空泵、第二气路阀门、第三气路阀门、第四气路阀门、真空气管、检压阀门、高压气体瓶、惰性气体和光谱仪；所述光纤啁啾Yb放大器，输出波长在1030nm附近的飞秒锁模激光脉冲，用于泵浦充有所述惰性气体的反谐振空芯光子晶体光纤，所述望远镜，是用于扩大所述光纤啁啾Yb放大器的光斑的直径，所述平凸透镜，将扩束后的所述光斑聚焦到光纤纤芯大小数量级，使得光能量最大化地从空间进入到所述光纤，反谐振空芯光子晶体光纤，连接所述第一真空腔和所述第二真空腔，所述光纤的入口和出口分别密封到所述第一真空腔和所述第二真空腔中，所述第一真空腔，用于密封所述光纤的入口，使得其腔体内的所述惰性气体被压入到光纤中，所述光纤水平固定在所述第一真空腔的腔体内水平中心轴线，所述光纤的入口端面正对所述第一真空腔上面的布儒斯特窗口，所述第一真空腔窗片，被密封到所述第一真空腔的布儒斯特窗口上，将扩束聚焦后的光透过布儒斯特角放置的玻璃窗口进入充有所述惰性气体的所述第一真空腔中，使得聚焦后的所述光斑和所述光纤的纤芯位置相重合，所述第二真空腔，用于密封所述光纤的出口，所述光纤在所述第二真空腔内保持与其水平轴线重合，所述光纤的出口端面正对所述第二真空腔上面的布儒斯特窗口，所述第二真空腔窗片，被密封到所述第二真空腔的布儒斯特窗口上，所述光纤的出口的光经所述第二真空腔窗片透射到腔体外变成发散的空间光，所述第一真空气压表和所述第二真空气压表分布在所述第一真空腔的充气口和所述第二真空腔的出气口，检测进入所述第一真空腔的压强和所述第二真空腔内的压强，所述真空泵和所述真空腔的气口通过所述真空气管连接，所述第一气路阀门，位于所述真空泵和所述真空腔之间用于隔绝所述真空泵和所述真空腔，所述第一真空腔的气口和所述第二真空腔的气口通过所述真空气管连接，所述第二气路阀门，位于两个所述真空腔之间的所述真空气管的中间位置，所述高压气体瓶和所述真空腔的气口通过所述真空气管连接，所述第三气路阀门位于所述高压...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏志义，范振凯，李曙光，滕浩，方少波，贺新奎，赵昆，杨佩龙，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，燕山大学，
类型：发明
国别省市：北京,11