[發(fā)明專利]一種基于塑料光子晶體光纖預(yù)制棒的嵌入式光纖燈籠

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711220688.4
• 申請(qǐng)日: 2017-11-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107843954B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫偉民;王瑩;盧春蓮;佘琳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B6/02
• 分類號(hào): G02B6/02
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明屬于天文光子學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種基于塑料光子晶體光纖預(yù)制棒的嵌入式光纖燈籠。本發(fā)明將多根塑料光纖去掉外包層后，插入具有周期性空氣孔的塑料光子晶體光纖預(yù)制棒的靠中央的多個(gè)孔洞中，塑料閃爍光纖的排列方式不固定，因此還可根據(jù)實(shí)際需求將光纖嵌入到不同的空氣孔中，制成不同形狀的纖芯結(jié)構(gòu)，這樣更有利于光束的傳輸，然后對(duì)預(yù)制棒進(jìn)行拉錐，從而把光纖燈籠制作成一端為多根光纖、另一端為光纖匯聚端的光纖連接器，其中，插入塑料光纖的多個(gè)孔洞成為光纖匯聚端的纖芯，沒(méi)有插入塑料光纖的周圍孔洞成為空氣包層，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)光的傳輸。本發(fā)明制作簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)靈活，光信號(hào)的損耗減小，可用于水切倫科夫探測(cè)器中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于天文光子學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種基于塑料光子晶體光纖預(yù)制棒的嵌入式光纖燈籠。

背景技術(shù)

由于空間探測(cè)器的有效面積較小，而高能宇宙線粒子流量又很小，科學(xué)家們通常采用地面方式間接觀測(cè)高能宇宙線。常用的地面宇宙線探測(cè)技術(shù)包括大氣切倫科夫光望遠(yuǎn)鏡、大氣熒光望遠(yuǎn)鏡、地面粒子探測(cè)器陣列、水切倫科夫探測(cè)器等。水切倫科夫探測(cè)器結(jié)合了大氣切倫科夫望遠(yuǎn)鏡的低能閾值和地面粒子探測(cè)器陣列的大視場(chǎng)、高工作周期等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用在γ射線天文、宇宙線探測(cè)以及中微子探測(cè)等前沿物理研究領(lǐng)域中，水切倫科夫探測(cè)器的探測(cè)原理是當(dāng)相對(duì)論性帶電粒子穿過(guò)純水或凈水時(shí)的速度大于光在水中的相速度時(shí),會(huì)發(fā)出水切倫科夫光,我們用光電倍增管來(lái)收集切倫科夫光。對(duì)于高能射線來(lái)說(shuō)，因?yàn)榱Ｗ拥哪芰枯^多，高能粒子進(jìn)入到探測(cè)器以后不僅行程長(zhǎng)，而且還會(huì)發(fā)生二次簇射，從而產(chǎn)生更多數(shù)量的新粒子，新粒子的數(shù)目與入射粒子的能量成正比,此時(shí)通過(guò)測(cè)定探測(cè)器中產(chǎn)生的水切倫科夫光,就可以測(cè)定入射粒子數(shù)目及其總能量，從而達(dá)到了監(jiān)測(cè)高能宇宙線粒子的數(shù)量和能量的目的。用于高能射線成像的靈敏探測(cè)器件中，較為常用的探測(cè)器有閃爍體探測(cè)器或半導(dǎo)體探測(cè)器。

其中閃爍體探測(cè)器主要由閃爍體、光波導(dǎo)或光纖、光電轉(zhuǎn)換器組成，其中光波導(dǎo)或光纖主要用于收集閃爍體產(chǎn)生的光子，光電轉(zhuǎn)換器用于將光子轉(zhuǎn)換成電子，最終輸出電信號(hào)給計(jì)算機(jī)。

塑料閃爍光纖是一種兼有射線探測(cè)和光信號(hào)傳輸功能的元件，用它做成的探測(cè)器具有空間分辨率高、時(shí)間分辨率好、抗輻照等優(yōu)點(diǎn)，而且因?yàn)橹饕煞质撬芰希钥梢詮澢刹煌男螤睿由斓娇臻g任意位置，而且塑料閃爍光纖在受到高能輻射時(shí)會(huì)發(fā)出可見(jiàn)光或紅外光的熒光信號(hào)，在高能粒子探測(cè)中被廣泛運(yùn)用。但是，塑料閃爍光纖在傳輸光信號(hào)時(shí)具有嚴(yán)重的能量衰減，如果在水切倫科夫探測(cè)器中用這種光纖進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，收集到的光信號(hào)將很微弱。因此需要一種能夠?qū)⑺芰祥W爍光纖中的光信號(hào)收集起來(lái)的裝置，繼而通過(guò)此裝置把匯集的光信號(hào)傳輸?shù)綆缀鯖](méi)有能量衰減的白光纖中，再由白光纖把光信號(hào)輸送到遠(yuǎn)處的光電探測(cè)器。

王維彪和徐邁在發(fā)明專利《一種聚合物光子晶體光纖的制備方法及其光纖》(公開(kāi)號(hào)為CN1542472A)中公開(kāi)了一種聚合物光子晶體光纖的制備方法技術(shù)方案，他們選取高折射率的物質(zhì)制作聚合物空心圓棒，將制作好的聚合物空心圓棒拉伸成毛細(xì)管，再將毛細(xì)管堆積成規(guī)則均勻排列的六邊形體，制備成空心或者實(shí)心結(jié)構(gòu)聚合物光子晶體光纖預(yù)制棒，進(jìn)一步拉制成光子晶體光纖。

光子晶體光纖的空氣孔排布靈活性較強(qiáng),可以通過(guò)設(shè)計(jì)不同包層空氣孔排列的光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)，來(lái)改變其傳輸光的特性。基于光子晶體的特殊光學(xué)性質(zhì)，本發(fā)明提出了一種基于塑料光子晶體光纖預(yù)制棒的嵌入式光纖燈籠。把多根去掉外包層的塑料閃爍光纖插進(jìn)塑料光子晶體光纖預(yù)制棒的靠中央的多個(gè)孔洞中，多個(gè)塑料閃爍光纖去掉包層以后的纖芯部分的整體等效折射率大于塑料閃爍光纖周圍的多個(gè)空氣孔的等效折射率，這種結(jié)構(gòu)能夠限制光束的傳輸，并將能量集中在塑料光子晶體光纖預(yù)制棒的中央部分。再對(duì)此塑料光子晶體光纖預(yù)制棒進(jìn)行光纖拉錐，把塑料閃爍光纖中的光信號(hào)集中到塑料光子晶體光纖預(yù)制棒拉錐部分的光纖匯聚端的纖芯部分，并和能量衰減非常小的白光纖相連接，由白光纖把光信號(hào)傳輸?shù)竭h(yuǎn)處的光電探測(cè)器。

發(fā)明內(nèi)容