一种基于空芯光子晶体光纤的全光纤高压气体腔的制作方法，包括向空芯光子晶体光纤（１）充入所需气体，以及先后将空芯光子晶体光纤（１）的两端与标准单模光纤（１０）熔接，其特征在于所说方法包含以下步骤： （ａ）将空芯光子晶体光纤（１）的两端分别与气密Ａ腔（２）、气密Ｂ腔（３）相连通，其中，气密Ａ腔（２）带有气压表（７）、气密Ｂ腔（３）与配气台（４）相接通，所说配气台（４）分别与真空泵（５）、待充气体源（６）相连接； （ｂ）将气密Ａ腔（２）、空芯光子晶体光纤（１）和气密Ｂ腔（３）先经配气台（４）与真空泵（５）相接通，待达到所需真空度后，再经配气台（４）与待充气体源（６）相接通，直至气密Ａ腔（２）内的气压值≥１个大气压； （ｃ）先将空芯光子晶体光纤（１）与气密Ａ腔（２）相连通的一端切断，并将其与标准单模光纤（１０）熔接，再将与气密Ｂ腔（３）相连通的一端切断，并将其与标准单模光纤（１０）熔接，其中，空芯光子晶体光纤（１）与气密Ａ腔（２）或气密Ｂ腔（３）间的连通被切断，至与标准单模光纤（１０）熔接结束的时间间隔为≤１．５ｍｉｎ； （ｄ）由公式ｐ（ｘ）＝ｐ（１）（－ｃ＋＊）得出空芯光子晶体光纤（１）纤芯内的气压分布函数ｐ（ｘ），式中：ｐ（１）为切断空芯光子晶体光纤（１）与气密Ａ腔（２）的连通时气密Ａ腔（２）内的气压，ｃ＝８Ｋ↓［ｎ］，ａ＝Π＋ｃ，ｂ＝（Π－１）（Π＋１＋２ｃ），Π为切断空芯光子晶体光纤（１）与气密Ａ腔（２）的连通时气密Ｂ腔（３）内的气压与气密Ａ腔（２）内的气压的比值，Ｋ↓［ｎ］＝λ／Ｈ为流动Ｋｕｎｄｓｅｎ系数，λ为待充气体分子的平均自由程，Ｈ为空芯光子晶体光纤（１）的纤芯直径； （ｅ）由一个以上的ｐ（ｘ）计算出全光纤高压气体腔内的最终气压值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种全光纤气体腔的制作方法，尤其是一种基于 空芯光子晶体光纤的全光纤高压气体腔的制作方法。
技术介绍
空芯光子晶体光纤(Hollow-core photonic crystal fiber， 简称HC-PCF)是近年来发展起来的新一代低损耗传输光纤，具有传统光纤无 法比拟的奇异特性，在光与物质非线性相互作用、高功率光波能量传输、光 脉冲色散与非线性传输控制以及新型光子器件等方面都具有重要的应用。由于空芯光子晶体光纤将光波限制在纤芯大孔中以基模形式传输，当在 该大孔中填充介质后，可使光波与填充介质之间的相互作用面积保持为微米 量级，而光纤的低损耗传输特性又保证了有效相互作用距离，从而可显著增 强光波与物质的相互作用效果。长期以来，低密度气态介质因非线性系数低、 非线性效应阈值高，造成了与光波非线性相互作用的困难，而空芯光子晶体 光纤恰好为研究低密度气态介质与光波之间非线性相互作用提供了全新的研 究平台。目前，空芯光子晶体光纤已被应用于研究包括自相位调制、受激拉 曼散射、四波混频、电磁致透明等非线性光学过程中，这类工作的关键器件 之一就是空芯光子晶体光纤气体腔。现今，虽有各种类型的空芯光子晶体光 纤气体腔，如将空芯光子晶体光纤两端均置于带有光学窗口的密封气体腔内， 或将空芯光子晶体光纤整体置于气体压力腔内，或将空芯光子晶体光纤的一 端与标准单模光纤(SMF)熔接、另一端置于带有光学窗口的密封气体腔内；这些空芯光子晶体光纤气体腔的气压均由外部气体腔控制，光波则通过光学 窗口与空芯光子晶体光纤实现耦合输入和输出，它们均存在耦合困难、损耗 大的缺点。为解决这一问题，人们作了一些尝试和努力，如在2006年7月27 日公开的世界知识产权组织专利申请说明书WO 2006/077437Al中披露的"一 种具有光纤接口的空芯光纤气体盒光学装置及其制作方法UN OPTICAL ASSEMBLY OF A HOLLOW CORE FIBRE GAS CELL SPLICED TO FIBRE END AND METHODS OF ITS PRODUCTION )，，。它意欲提供一种空芯光子晶体光纤的全光纤 气体腔及其制作方法，其中，全光纤气体腔是由其内充满特定气体的空芯光子晶体光纤的两端都与标准单模光纤熔接而构成，其制作方法是，先将空芯 光子晶体光纤一端与标准单模光纤熔接，并通过与空芯光子晶体光纤另一端 相连的真空泵将空芯光子晶体光纤中的残余气体抽出，再充入所需高压气体， 最后将这一端也与标准单模光纤熔接起来构成全光纤型气体高压腔，该方法 可以获得足够高的气体纯度。但是，由于空芯光子晶体光纤纤芯仅为数微米， 其气体填充过程属于微管管流问题，使得该制作方法难以确定腔内的气压大 小及其分布，特别是当所用空芯光子晶体光纤长度较长时，无法判断其内部 气压，从而对定量研究气体介质与光波非线性相互作用造成困难。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提 供一种能够准确确定气体腔内气压值的基于空芯光子晶体光纤的全光纤高压 气体腔的制作方法。为解决本专利技术的技术问题，所釆用的技术方案为包括向空芯光子晶体光纤内充入所需气 体，以及先后将空芯光子晶体光纤的两端与标准单模光纤熔接，特别是所说方法包含以下步骤(a)将空芯光子晶体光纤的两端分别与气密A腔、气密 B腔相连通，其中，气密A腔带有气压表、气密B腔与配气台相接通，所说 配气台分别与真空泵、待充气体源相连接；(b)将气密A腔、空芯光子晶体 光纤和气密B腔先经配气台与真空泵相接通，待达到所需真空度后，再经配 气台与待充气体源相接通，直至气密A腔内的气压值^l个大气压；(c)先 将空芯光子晶体光纤与气密A腔相连通的一端切断，并将其与标准单模光纤 熔接，再将与气密B腔相连通的一端切断，并将其与标准单模光纤熔接，其 中，空芯光子晶体光纤与气密A腔或气密B腔间的连通被切断，至与标准单 模光纤熔接结東的时间间隔为《1.5min; U)由公式p(;c) = p(l)(-c + V^^) 得出空芯光子晶体光纤纤芯内的气压分布函数P(x),式中p(l)为切断空芯光 子晶体光纤与气密A腔的连通时气密A腔内的气压，c=8^， "=n+c， "(n-l炉+i+2c), n为切断空芯光子晶体光纤与气密A腔的 连通时气密B腔内的气压与气密A腔内的气压的比值，&=;1///为流动 Kimdsen系数，义为待充气体分子的平均自由程，H为空芯光子晶体光纤的纤 芯直径；(e)由一个以上的只x)计算出全光纤高压气体腔内的最终气压值。作为的进一步改 进，所述的空芯光子晶体光纤的两端与气密A腔、气密B腔间经密封胶粘合连接；所述的配气台中置有气压表和阀门；所述的切断空芯光子晶体光纤与气密A腔间的连通时，待充气体源继续向气密B腔充气，直至空芯光子晶体 光纤与气密B腔间被切断时；所述的切断为剪断或割断；所述的气密A腔内 的气压为3MPa后，再将空芯光子晶体光纤与气密A腔相连通的一端切断；所 述的空芯光子晶体光纤与标准单模光纤相熔接使用的是Fujikura公司的 FSM-50S型电弧放电光纤熔接机，熔接时的放电强度为10mA、放电时间为 200ms;所述的空芯光子晶体光纤的两端与标准单模光纤熔接后，先将其置于 水中检查气密性，然后再用热缩管加固。相对于现有技术的有益效果是，其一，通过对空芯光子晶体光纤气体填 充过程中动力学行为的实验研究并结合微管管流理论的分析,在充气过程中， 空芯光子晶体光纤的两端存在着气压差，且其内部的气压呈梯度分布状态， 这是由于空芯光子晶体光纤中气孔的直径仅约数微米，气体流动具有较大的 Knudsen系数(&)，从而使得空芯光子晶体光纤高压气体填充属于微管管流范畴。针对这一情况，釆用将空芯光子晶体光纤的两端分别与带有气压表的 气密A腔、气密B腔相连通，配气台的一端与气密B腔相接、另一端分别与真空 泵、待充气体源相连接的抽、配气构造，以及将气密A腔、空芯光子晶体光纤 和气密B腔先经配气台与真空泵相接通，待达到所需真空度后，再经配气台与 待充气体源相接通，直至气密A腔内的气压值》1个大气压的抽气和配气的工 艺过程,确保了空芯光子晶体光纤与标准单模光纤熔接时两端气压的确定性， 减小了影响空芯光子晶体光纤气体腔内气压的不确定因素；其二，经对开放 空芯光子晶体光纤A端和B端时的气体泄漏情况的大量实验，其结果表明，在 短时间内泄漏的气体量相对腔内气体总量较小，因此，只要先后将空芯光子 晶体光纤的两端与标准单模光纤分别在《1.5min内熔接起来，就既保证了空芯光子晶体光纤被切断时，其两端的断面处不会有杂质气体进入光纤内，又 仅有空芯光子晶体光纤断面附近的气体来得及泄漏掉，而当空芯光子晶体光 纤的长度较长时，熔接过程中泄漏的气体量可以忽略不计；其三，在空芯光 子晶体光纤两端气压都确定的情况下将其与标准单模光纤熔接起来后，气体腔内的气体通过自由扩散最终会达到气压平衡，可根据微管管流理论计算出 切断光纤两端时其内部的气压分布，即由公式4)-户(l)(-c + V^^)得出空芯 光子晶体光纤内的气压分布函数/^),并进而由一个以上的/Kx)计算出全光纤 高压气体腔内的最终气压值。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于空芯光子晶体光纤的全光纤高压气体腔的制作方法，包括向空芯光子晶体光纤（１）充入所需气体，以及先后将空芯光子晶体光纤（１）的两端与标准单模光纤（１０）熔接，其特征在于所说方法包含以下步骤：（ａ）将空芯光子晶体光纤（１）的两端分别与气密Ａ腔（２）、气密Ｂ腔（３）相连通，其中，气密Ａ腔（２）带有气压表（７）、气密Ｂ腔（３）与配气台（４）相接通，所说配气台（４）分别与真空泵（５）、待充气体源（６）相连接；（ｂ）将气密Ａ腔（２）、空芯光子晶体光纤（１）和气密Ｂ腔（３）先经配气台（４）与真空泵（５）相接通，待达到所需真空度后，再经配气台（４）与待充气体源（６）相接通，直至气密Ａ腔（２）内的气压值≥１个大气压；（ｃ）先将空芯光子晶体光纤（１）与气密Ａ腔（２）相连通的一端切断，并将其与标准单模光纤（１０）熔接，再将与气密Ｂ腔（３）相连通的一端切断，并将其与标准单模光纤（１０）熔接，其中，空芯光子晶体光纤（１）与气密Ａ腔（２）或气密Ｂ腔（３）间的连通被切断，至与标准单模光纤（１０）熔接结束的时间间隔为≤１．５ｍｉｎ；（ｄ）由公式ｐ（ｘ）＝ｐ（１）（－ｃ＋＊）得出空芯光子晶体光纤（１）纤芯内的气压分布函数ｐ（ｘ），式中：ｐ（１）为切断空芯光子晶体光纤（１）与气密Ａ腔（２）的连通时气密Ａ腔（２）内的气压，ｃ＝８Ｋ↓［ｎ］，ａ＝Π＋ｃ，ｂ＝（Π－１）（Π＋１＋２ｃ），Π为切断空芯光子晶体光纤（１）与气密Ａ腔（２）的连通时气密Ｂ腔（３）内的气压与气密Ａ腔（２）内的气压的比值，Ｋ↓［ｎ］＝λ／Ｈ为流动Ｋｕｎｄｓｅｎ系数，λ为待充气体分子的平均自由程，Ｈ为空芯光子晶体光纤（１）的纤芯直径；（ｅ）由一个以上的ｐ（ｘ）计算出全光纤高压气体腔内的最终气压值。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：毛庆和，孙青，
申请(专利权)人：中国科学院安徽光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：34
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