空芯光子晶体光纤气室结构及其饱和吸收谱稳频装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种空芯光子晶体光纤气室结构及其饱和吸收谱稳频装置，该气室包括密闭的气体腔，气体腔的相对两侧壁分别设有第一非球面镜和第二非球面镜，气体腔的顶部设有玻璃导气管，气体腔内设有空芯光子晶体光纤，空芯光子晶体光纤的两端分别通过光纤固定件固定在第一非球面镜的焦点处和第二非球面镜的焦点处。饱和吸收谱稳频装置还包括单频激光器、声光调制器、电光调制器、射频信号源、分束器、光电探测器、滤波放大器、混频器和PID控制器。本发明专利技术实现了光纤气室

【技术实现步骤摘要】
空芯光子晶体光纤气室结构及其饱和吸收谱稳频装置


[0001]本专利技术涉及激光稳频
，具体涉及一种空芯光子晶体光纤气室结构及其饱和吸收谱稳频装置。

技术介绍

[0002]自射频标准发展以来，其频率稳定性目前已达到约10^(
‑
16)，逐渐达到技术瓶颈。光学频率标准的发展成为了当下的研究重点和热点。由于光学频率(THz)远远超过了电子器件的响应速度，无法用电学仪器直接探测，往往需要大量的光电转化、电子器件，整体系统庞大，便携度低。
[0003]传统的激光稳频系统有原子钟系统、PDH稳频系统和饱和吸收稳频系统。原子钟系统可以得到世界上最稳定的光学频率标准，但其便携性差，只存在于国家大型实验室中。PDH稳频系统，是将单频激光器频率锁定在一个超稳法布里珀罗腔的透射谱上，这种系统对法布里珀罗腔稳定性要求高。饱和吸收谱稳频技术是基于泵浦探测双光束来消除吸收峰的多普勒展宽，把激光频率锁定到饱和吸收峰上，也可以得到稳定的频率参考，同时结合空芯光纤的使用，可以降低系统体积。
[0004]以饱和吸收谱技术为原理的激光稳频系统包括三个部分：激光发射部分，待测气体吸收池部分和信号处理与反馈部分。气体吸收池是使用气体吸收线作为频率参考实现激光稳频的必要组件。对于部分吸收线吸收强度较弱的气体，需要增加光子与气体相互作用长度或增大泵浦光功率。然而，过高的泵浦光功率会加大气体饱和吸收峰的线宽，促进光功率展宽。常规采用气体吸收池的方案为增大相互作用长度往往伴随着庞大的系统体积。
[0005]现有采用腔内多次反射来增加光子与待测气体相互作用长度的方案(参见[1]Liu N,Deng H,He T,et al.Measurements of new absorption lines of acetylene at 1.53μm using a tunable diode laser absorption spectrometer[J].Spectrochimica Acta Part A Molecular&Biomolecular Spectroscopy,2017,186:1
‑
7.)，这种方案是在气体吸收池内设置精密反射镜，实现光路多通道反射来增加相互作用长度。但是该方案存在下述问题：对反射镜曲率精度要求高，腔内反射光路复杂。由于光束在腔内多次反射，采集到的吸收峰信号易存在法布里
‑
珀罗干涉条纹。
[0006]利用空芯光子晶体光纤作为气体载体，延长光子与气体相互作用长度的方案广为流传。现有采用空芯光子晶体光纤为吸收池的方案(参见[2]Couny F,Benabid F,Light P S.Reduction of Fresnel Back
‑
Reflection at Splice Interface Between Hollow Core PCF and Single
‑
Mode Fiber[J].IEEE Photonics Technology Letters,2007,19(13):1020
‑
1022.)，该方案通过小倾角切割光子晶体光纤，并与单模光纤熔接，利用小倾角的特点避免了熔接端面的菲涅尔反射。但该方案的主要问题是小倾角切割空芯光子晶体光纤难度高，成功率低。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是：如何增大饱和吸收稳频系统气体吸收池中光子相互作用长度，且频率锁定稳定性高，易于实现，系统体积小，便携度高。
[0008]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0009]本专利技术提供了一种空芯光子晶体光纤气室结构，包括密闭的气体腔，所述气体腔的相对两侧壁分别设有第一非球面镜和第二非球面镜，气体腔的顶部设有玻璃导气管，气体腔内设有空芯光子晶体光纤，空芯光子晶体光纤的两端分别通过光纤固定件固定在第一非球面镜的焦点处和第二非球面镜的焦点处，使来自气体腔两侧自由空间的泵浦光和探测光分别耦合入空芯光子晶体光纤的两端。
[0010]进一步的，所述气体腔的相对两侧壁分别设有螺纹孔，所述第一非球面镜和第二非球面镜分别通过螺纹连接于对应的螺纹孔处。
[0011]实现气体腔与第一非球面镜以及第二非球面镜一体化，便于装载非球面镜，填充密封胶将非球面镜固定、密封。
[0012]进一步的，所述第一非球面镜、第二非球面镜和玻璃导气管还分别与气体腔通过密封胶粘接密封。所述气体腔顶面通过密封胶与气体腔粘接密封。所述光纤固定件通过紫外胶与气体腔粘接。
[0013]熔断玻璃导管后，气体腔气密性能够达到0.67帕斯卡。
[0014]进一步的，所述玻璃导气管由玻璃或石英材料制成。
[0015]能够在气体腔内充气的条件下，进行熔断密封。
[0016]所述光纤固定件可沿第一非球面镜与第二非球面镜的光轴方向调节空芯光子晶体光纤两端的位置。便于实现空芯光子晶体光纤出射光准直。
[0017]进一步的，所述空芯光子晶体光纤中部通过卷曲形成卷曲部。
[0018]便于通过增加光纤长度增长气体分子与光的作用区间，保证吸收信号的强度，卷曲部可容纳多余的光纤长度。
[0019]本专利技术还提供了一种饱和吸收谱稳频装置，基于上述空芯光子晶体光纤气室结构实现，还包括单频激光器、声光调制器、电光调制器、射频信号源、分束器、光电探测器、滤波放大器、混频器和PID控制器，
[0020]所述单频激光器的出射端通过分束件将单频光束分为探测光和泵浦光，泵浦光功率高于探测光；所述泵浦光经过分束器，分束器透射的泵浦光准直入自由空间，再从第二非球面镜耦合入空芯光子晶体光纤气室；所述探测光经过声光调制器、电光调制器后，准直入自由空间，再从第一非球面镜耦合入空芯光子晶体光纤气室，然后从所述第二非球面镜出射在分束器上，所述分束器反射的探测光进入所述光电探测器，光电探测器信号连接滤波放大器，滤波放大器信号连接混频器，混频器信号连接PID控制器；所述射频信号源分别信号连接声光调制器、电光调制器和混频器；
[0021]光电探测器的电信号经过滤波放大器后进入混频器，并通过混频器与射频信号源提供的本地振荡信号进行混频后获得误差信号，误差信号经过PID控制器转化为反馈电压后输出至所述单频激光器。
[0022]进一步的，所述分束器为偏振分束器。
[0023]便于使泵浦光(采取透射光)与探测光(采取反射光)产生正交的偏振态，减少泵浦
光频率对探测光频率的影响；从而本专利技术不存在菲涅尔反射。
[0024]本专利技术的有益效果是：
[0025]本专利技术的空芯光子晶体光纤气室结构，1.针对吸收强度较弱的气体吸收谱线，可通过增加光纤长度增长气体分子与光的作用区间，以低压强、低光功率环境实现窄线宽饱和吸收峰的探测；2.本专利技术使用大孔径空芯光纤，可以降低由光纤孔径尺寸决定的饱和吸收峰线宽的渡越时间限制，进一步降低饱和吸收峰线宽，提高系统频率锁定的稳定性；3.由于光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空芯光子晶体光纤气室结构，其特征在于：包括密闭的气体腔(100)，所述气体腔(100)的相对两侧壁分别设有第一非球面镜(200)和第二非球面镜(300)，气体腔(100)的顶面设有玻璃导气管(400)，气体腔(100)内设有空芯光子晶体光纤(500)，空芯光子晶体光纤(500)的两端分别通过光纤固定件(600)固定在第一非球面镜(200)的焦点处和第二非球面镜(300)的焦点处，使来自气体腔(100)两侧自由空间的泵浦光和探测光分别耦合入空芯光子晶体光纤(500)的两端。2.根据权利要求1所述的空芯光子晶体光纤气室结构，其特征在于：所述气体腔(100)的相对两侧壁分别设有螺纹孔，所述第一非球面镜(200)和第二非球面镜(300)分别通过螺纹连接于对应的螺纹孔处。3.根据权利要求2所述的空芯光子晶体光纤气室结构，其特征在于：所述第一非球面镜(200)、第二非球面镜(300)和玻璃导气管(400)分别与气体腔(100)通过密封胶粘接密封；所述气体腔(100)顶面通过密封胶与气体腔(100)粘接密封；所述光纤固定件(600)通过紫外胶与气体腔(100)粘接。4.根据权利要求1至3任一项所述的空芯光子晶体光纤气室结构，其特征在于：所述玻璃导气管(400)由玻璃或石英材料制成。5.一种饱和吸收谱稳频装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴舜，陈清清，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：