[發(fā)明專利]一種用于超導(dǎo)介質(zhì)諧振腔聲子激光器的聲子光柵

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410158766.2
• 申請日: 2014-04-18
• 公開（公告）號: CN103956646A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳鶴鳴;徐丹峰
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: H01S4/00
• 分類號: H01S4/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種聲子光柵，主要用于超導(dǎo)介質(zhì)諧振腔聲子激光器，以達(dá)到調(diào)制聲子激光的目的，涉及聲子傳輸?shù)募夹g(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

2009年6月，英國諾丁漢大學(xué)（TheUniversityofNottingham）的科學(xué)家與來自烏克蘭的同行一起合作研發(fā)出了一種新型的聲學(xué)激光器件，并命名為聲子激光器[3]，傳統(tǒng)激光器是由電磁振動（即光波）形成，而聲子激光器是由聲波振動的聲子形成，它是聲學(xué)意義上的激光，嚴(yán)格來說應(yīng)該稱為“激聲”。聲子激光器的發(fā)明引起了很多科學(xué)家的關(guān)注，他們認(rèn)為聲子激光器將在計算機(jī)運(yùn)算、醫(yī)療成像和反恐安檢等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

超導(dǎo)介質(zhì)諧振腔聲子激光器的結(jié)構(gòu)類似于一個常規(guī)激光器[5]，它由超導(dǎo)介質(zhì)諧振腔和泵浦源組成，泵浦源給超導(dǎo)增益介質(zhì)提供電磁場能量，超導(dǎo)增益介質(zhì)吸收能量并轉(zhuǎn)化為聲子，聲子結(jié)合電子，以庫珀對的形式實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，在超導(dǎo)增益介質(zhì)中振蕩的自由聲子，產(chǎn)生比受激吸收更多的受激輻射，最終發(fā)射出來。

目前設(shè)計出的聲子激光器線寬較寬，低頻的聲子激光器，其線寬達(dá)到100Hz左右，聲子激光器的相位噪聲也很高，從而限制了其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用。聲子束從聲子激光器中射出，會有一個或多個縱模產(chǎn)生，每個縱模的頻率范圍就是聲子激光的線寬。聲子激光的線寬由聲子激光器內(nèi)部的材料和結(jié)構(gòu)決定，因此要得到窄線寬輸出的聲子激光器，一方面可以研究設(shè)計良好的結(jié)構(gòu)，另一方面可以通過對出射的聲子激光進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)制得到。

根據(jù)理論和實驗相結(jié)合，這種超導(dǎo)介質(zhì)諧振腔聲子激光器得到的激射頻率為低頻的27kHz，然而由于聲子激光器的發(fā)展才剛剛起步，頻率的線寬很難達(dá)到理想的程度，這種聲子激光器線寬達(dá)到35.6Hz。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種聲子光柵，主要用于超導(dǎo)介質(zhì)諧振腔聲子激光器，以達(dá)到調(diào)制聲子激光的目的，聲子激光經(jīng)過聲子光柵后，線寬變窄，單色性更好。

技術(shù)方案：為了開拓聲子激光的應(yīng)用范圍，使聲子激光擁有更窄的線寬以用于計算機(jī)運(yùn)算、醫(yī)療成像、反恐安檢等領(lǐng)域，我們提出了一種連接在超導(dǎo)介質(zhì)諧振腔聲子激光器出射端的聲子光柵，使出射聲子激光的線寬減小為1.97Hz，具有實際的應(yīng)用價值。

本發(fā)明的用于超導(dǎo)介質(zhì)諧振腔聲子激光器的聲子光柵包括順序排列的第一緩沖層、第一介質(zhì)層、雜質(zhì)層、第二介質(zhì)層、第二緩沖層；其中，第一緩沖層和第二緩沖層是聲子光柵鑲嵌在超導(dǎo)介質(zhì)諧振腔聲子激光器出射端時為切合聲子激光器空隙尺寸以及防止第一介質(zhì)層、第二介質(zhì)層磨損而設(shè)，第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層是由兩種不同的介質(zhì)材料交替重復(fù)構(gòu)成，第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層中間隔一層雜質(zhì)層，第一介質(zhì)層、雜質(zhì)層、第二介質(zhì)層整體軸對稱。

所述的第一緩沖層、第二緩沖層是一種鐵氧體材料。

第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層使用的是環(huán)氧樹脂和水交替重復(fù)形成的聲子光柵，環(huán)氧樹脂和水每層的厚度分別為聲波在環(huán)氧樹脂和水中的波長的倍。

所述的第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層與雜質(zhì)層相接觸的一層均是流體層，在第一介質(zhì)層中，聲子激光先經(jīng)過固體層，再進(jìn)入流體層，依次重復(fù)，進(jìn)入雜質(zhì)層前最后一層為流體層；在第二介質(zhì)層中，聲子激光先經(jīng)過流體層，再進(jìn)入固體層，依次重復(fù)，進(jìn)入第二緩沖層前最后一層為固體層。

第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層中以一層固體和一層流體組成最基本的一個周期，第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層分別含有5個周期。

雜質(zhì)層為氧化鎂固體，其厚度是聲波在氧化鎂中波長的倍。

有益效果：本發(fā)明提出的一種用于超導(dǎo)介質(zhì)諧振腔聲子激光器的聲子光柵，主要用于超導(dǎo)介質(zhì)諧振腔聲子激光器，以達(dá)到調(diào)制聲子激光的目的。沿x方向介質(zhì)層中兩種介質(zhì)周期性分布，摻入的雜質(zhì)取代其中一層環(huán)氧樹脂，采用這種結(jié)構(gòu)的聲子光柵，在聲子禁帶中可以產(chǎn)生很窄的缺陷模，并且在缺陷模處，處在這個頻率范圍內(nèi)的聲子激光透射率很高，聲子光柵有效地阻隔了在此頻率之外的聲子激光。使用環(huán)氧樹脂和水作為基本介質(zhì)，使用氧化鎂作為摻入雜質(zhì)，相比于使用其他材料，缺陷模寬度更小，對應(yīng)聲子激光的線寬更窄，達(dá)到1.94Hz。由于該結(jié)構(gòu)的聲子光柵具有實際應(yīng)用的價值，可以為制作和生產(chǎn)提供可靠和方便。

附圖說明

圖1是超導(dǎo)介質(zhì)諧振腔聲子激光器的結(jié)構(gòu)圖。在出射端連接聲子光柵，聲子激光先進(jìn)入緩沖層鐵氧體材料，然后沿x方向穿透聲子光柵，最終經(jīng)過一層鐵氧體材料之后出射。

圖2為本發(fā)明聲子光柵的結(jié)構(gòu)圖，圖中有：第一緩沖層1、第一介質(zhì)層2、雜質(zhì)層3、第二介質(zhì)層4、第二緩沖層5。信號光從緩沖層1的左端沿x軸正方向輸入，緩沖層5的右端輸出。