[发明专利]一种全光纤空芯光子晶体光纤低压气体腔的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光稳频领域，具体涉及一种小型化、长期稳定性好的全光纤空芯光子晶体光纤低压气体腔的制备方法。

背景技术

利用气体吸收谱线实现激光频率稳定是当前一类重要的稳频技术，它将某种特定气体分子的吸收线作为参考频率，利用主动式稳频技术将激光频率锁定在该参考频率，以实现频率的稳定。通常地，为了提高稳频精度，人们希望参考频率具有极窄的线宽以及高的频率稳定性。目前，通常采用具有较大吸收系数的气体分子（例如乙炔、甲烷、二氧化碳等）制备成低压腔（室）可以实现吸收光谱的窄线宽及高信噪比。传统的低压气室主要分为单程气室和长程气室（例如怀特型气室、Herriott型气室等）。单程气室为了保证气体的有效吸收长度导致其体积大，使用不够灵活，不利于器件的小型化；长程气室通过特殊的光路设计使得在气室内多次往复反射，从而增加了气体有效吸收光程，但其结构较复杂，稳定性差，并且由于光在气室内多次反射，将造成较大的光传输损耗。

空芯光子晶体光纤（Hollow-Core Photonic Crystal Fiber，HC-PCF）是近些年来发展起来的新型低损耗传输光纤，与传统石英光纤全内反射的导光机制不同，光子晶体光纤利用光子带隙效应将光波束缚在微米量级的空气纤芯中进行传输，具有低瑞利散射、低非线性、低传输损耗等优点。当在空芯光子晶体光纤中填充低压气体，一方面光波与气体之间的相互作用面积保持为微米量级，有效地增强了两者间的相互作用强度；另一方面光纤的低损耗传输特性保证了有效的相互作用距离；并且光纤良好的柔韧性及抗干扰能力等有助于提高低压气体腔的稳定性及实现小型化。于是，空芯光子晶体光纤低压气体腔在激光稳频、高分辨光谱、气体痕量检测与传感等领域具有重要的应用前景。

目前，空芯光子晶体光纤低压气体腔主要有真空等压腔体型及全光纤型两大类。真空等压腔体型的HC-PCF低压气体腔是在输出端通过陶瓷插芯或V型槽把HC-PCF与普通光纤对接，将连接端放入带有腔压控制的密闭真空室里来实现腔的密封。然而，由于真空室较为笨重，利用这种方法制备的低压腔不易于小型化；并且利用V型槽等将HC-PCF与普通光纤对接时的耦合损耗相对较大，且长期稳定性不易保证。全光纤型HC-PCF低压气体腔则是通过将光子晶体光纤两端分别与普通单模（或者多模）光纤进行熔接来实现密封，具有小型化、稳定性好等的优点。但是，密封过程中为了尽可能避免开放熔接环境对低压腔内气体的影响，通常需要将光子晶体光纤一端进行拉锥熔接，破坏HC-PCF的微结构，导致气体腔的插入损耗高达10dB以上。

发明内容

本发明主要解决的技术问题为克服现有真空等压型HC-PCF低压腔较为笨重、长期稳定性不好，以及全光纤型HC-PCF低压气体腔插入损耗过大等问题，提出一种新型的全光纤空芯光子晶体光纤低压气体腔的制备方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种全光纤空芯光子晶体光纤低压气体腔的制备方法，其特征在于，包括对空芯光子晶体光纤进行气体置换及充入所需气体，以及先后将空芯光子晶体光纤的两端分别与普通单模及多模光纤熔接；具体方法包括以下步骤： 

a)将空芯光子晶体光纤（1）两端分别与气密A腔（2）、气密B腔（3）连接，气密A、B腔（2）、（3）分别配备的抽气阀门（4）和（6）打开，均与真空泵连通，待达到所需真空度后，关闭抽气阀门（4）和（6），再将气密B腔（3）的进气阀门（5）与待充气体源连接，充入高压高纯待充气体，对空芯光子晶体光纤孔隙中的空气进行置换；

b）将空芯光子晶体光纤（1）与气密A腔（2）断开，并与标准单模光纤进行低损耗熔接；

c）关闭气密B腔（3）的进气阀门（5），并将其抽气阀门（6）与真空泵连通，对空芯光子晶体光纤抽真空，使得其内部的气体压强尽可能低；

d）关闭抽气阀门（6），打开充气阀门（5），迅速充入高于一个大气压的待充气体，维持1min；

e）将空芯光子晶体光纤（1）与气密B腔（3）断开，并与多模光纤在<1.5min内进行低损耗熔接。

所述的一种全光纤空芯光子晶体光纤低压气体腔的制备方法，其特征在于，所述的空芯光子晶体光纤（1）的两端与气密A腔（2）及气密B腔（3）经密封胶粘合连接。

所述的一种全光纤空芯光子晶体光纤低压气体腔的制备方法，其特征在于，利用高压待充气体对空芯光子晶体光纤（1）进行气体置换前，先对气密A腔（2）和气密B腔（3）抽低压，以缩短置换所需时间及提高置换气体的纯度。