[发明专利]一种用于超导介质谐振腔声子激光器的声子光栅

说明书

技术领域

本发明是一种声子光栅，主要用于超导介质谐振腔声子激光器，以达到调制声子激光的目的，涉及声子传输的技术领域。

背景技术

2009年6月，英国诺丁汉大学（TheUniversityofNottingham）的科学家与来自乌克兰的同行一起合作研发出了一种新型的声学激光器件，并命名为声子激光器[3]，传统激光器是由电磁振动（即光波）形成，而声子激光器是由声波振动的声子形成，它是声学意义上的激光，严格来说应该称为“激声”。声子激光器的发明引起了很多科学家的关注，他们认为声子激光器将在计算机运算、医疗成像和反恐安检等领域具有广泛的应用前景。

超导介质谐振腔声子激光器的结构类似于一个常规激光器[5]，它由超导介质谐振腔和泵浦源组成，泵浦源给超导增益介质提供电磁场能量，超导增益介质吸收能量并转化为声子，声子结合电子，以库珀对的形式实现粒子数反转，在超导增益介质中振荡的自由声子，产生比受激吸收更多的受激辐射，最终发射出来。

目前设计出的声子激光器线宽较宽，低频的声子激光器，其线宽达到100Hz左右，声子激光器的相位噪声也很高，从而限制了其在各个领域的应用。声子束从声子激光器中射出，会有一个或多个纵模产生，每个纵模的频率范围就是声子激光的线宽。声子激光的线宽由声子激光器内部的材料和结构决定，因此要得到窄线宽输出的声子激光器，一方面可以研究设计良好的结构，另一方面可以通过对出射的声子激光进行适当的调制得到。

根据理论和实验相结合，这种超导介质谐振腔声子激光器得到的激射频率为低频的27kHz，然而由于声子激光器的发展才刚刚起步，频率的线宽很难达到理想的程度，这种声子激光器线宽达到35.6Hz。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种声子光栅，主要用于超导介质谐振腔声子激光器，以达到调制声子激光的目的，声子激光经过声子光栅后，线宽变窄，单色性更好。

技术方案：为了开拓声子激光的应用范围，使声子激光拥有更窄的线宽以用于计算机运算、医疗成像、反恐安检等领域，我们提出了一种连接在超导介质谐振腔声子激光器出射端的声子光栅，使出射声子激光的线宽减小为1.97Hz，具有实际的应用价值。

本发明的用于超导介质谐振腔声子激光器的声子光栅包括顺序排列的第一缓冲层、第一介质层、杂质层、第二介质层、第二缓冲层；其中，第一缓冲层和第二缓冲层是声子光栅镶嵌在超导介质谐振腔声子激光器出射端时为切合声子激光器空隙尺寸以及防止第一介质层、第二介质层磨损而设，第一介质层和第二介质层是由两种不同的介质材料交替重复构成，第一介质层和第二介质层中间隔一层杂质层，第一介质层、杂质层、第二介质层整体轴对称。

所述的第一缓冲层、第二缓冲层是一种铁氧体材料。

第一介质层和第二介质层使用的是环氧树脂和水交替重复形成的声子光栅，环氧树脂和水每层的厚度分别为声波在环氧树脂和水中的波长的倍。

所述的第一介质层和第二介质层与杂质层相接触的一层均是流体层，在第一介质层中，声子激光先经过固体层，再进入流体层，依次重复，进入杂质层前最后一层为流体层；在第二介质层中，声子激光先经过流体层，再进入固体层，依次重复，进入第二缓冲层前最后一层为固体层。

第一介质层和第二介质层中以一层固体和一层流体组成最基本的一个周期，第一介质层和第二介质层分别含有5个周期。

杂质层为氧化镁固体，其厚度是声波在氧化镁中波长的倍。

有益效果：本发明提出的一种用于超导介质谐振腔声子激光器的声子光栅，主要用于超导介质谐振腔声子激光器，以达到调制声子激光的目的。沿x方向介质层中两种介质周期性分布，掺入的杂质取代其中一层环氧树脂，采用这种结构的声子光栅，在声子禁带中可以产生很窄的缺陷模，并且在缺陷模处，处在这个频率范围内的声子激光透射率很高，声子光栅有效地阻隔了在此频率之外的声子激光。使用环氧树脂和水作为基本介质，使用氧化镁作为掺入杂质，相比于使用其他材料，缺陷模宽度更小，对应声子激光的线宽更窄，达到1.94Hz。由于该结构的声子光栅具有实际应用的价值，可以为制作和生产提供可靠和方便。

附图说明

图1是超导介质谐振腔声子激光器的结构图。在出射端连接声子光栅，声子激光先进入缓冲层铁氧体材料，然后沿x方向穿透声子光栅，最终经过一层铁氧体材料之后出射。

图2为本发明声子光栅的结构图，图中有：第一缓冲层1、第一介质层2、杂质层3、第二介质层4、第二缓冲层5。信号光从缓冲层1的左端沿x轴正方向输入，缓冲层5的右端输出。