[發明專利]基于微結構光纖的光纖多通池

有效

• 申請號: 202110623026.1
• 申請日: 2021-06-04
• 公開（公告）號: CN113325509B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 陳達如;龍威;柏云;劉華北;邵杰;管祖光
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;G01N21/01
• 代理公司: 杭州奧創知識產權代理有限公司 33272
• 代理人: 王佳健

本發明公開了一種基于微結構光纖的光纖多通池。本發明包括微結構光纖，光纖繞組芯，金屬外殼，激光耦合透鏡和氣管。所述的微結構光纖采用抗彎曲反諧振微結構光纖，其中的內包層管為雙層管形式，且在該內包層管中貫穿有橫桿，實現對光束的橫向約束，從而抑制光纖的彎曲損耗。收益于抗彎曲反諧振微結構光纖低彎曲損耗的特性，光纖多通池的光程可增加到千米級別，遠超傳統多通池；微結構光纖實現了對光束的橫向約束，光束在長距離傳輸后不會改變橫截面；光束在光纖內傳輸相比較傳統多通池的鏡片反射具有更高的穩定性，從而可以應用在運動更為劇烈的環境。

技術領域

本發明涉及激光光譜技術領域，提出了一種基于微結構光纖的光纖多通池。

背景技術

隨著激光器的發展，激光光譜技術的研究已經成為國際上研究的熱點，激光光譜技術由于其靈敏度高、響應速率快、檢測限低等特點已經廣泛應用于醫療、軍事、環境保護等眾多領域。多通池，作為一種在有限體積內增加激光和探測氣體作用距離的器件，在激光光譜技術領域中起重要作用。

目前，激光光譜技術中用到的多通池是基于光學鏡片反射的光學多通池，主要依靠精密的光學鏡片，實現在特定空間內光束的多次反射，可以使光束與氣體的相互作用光程增加，從而實現更精確的測量和更低的探測極限。然而，目前這種多通池存在以下缺點：首先，多通池的光程增加依賴于光學鏡片的設計，對鏡片的位置非常敏感，因此，對環境溫度、振動表現出不穩定的特性；其次，在多通池內傳輸的光束在橫截面方向沒有受到約束，光束發散不可避免，傳輸光斑越來越大，限制了光程的增大；最后，這種多通池采用光學鏡片反射的方法來增加光程，光束在鏡片上的多次反射使得光束的損耗也非常大。

抗彎曲反諧振微結構光纖屬于反諧振光纖，其導光原理是反諧振導光機理，即通過增強入射光在遇到包層薄壁時的反射，將光盡可能地束縛在纖芯中。由于反諧振導光機理基于空氣和光纖介質(通常為石英玻璃)的界面反射，光纖介質和空氣的折射率差很大(石英玻璃和空氣折射率相差0.45左右)，保證了在光纖彎曲時仍能保持導光。相對于用于通訊的普通單模光纖，由于導光原理是基于高折射纖芯和光纖包層的全反射機理，而纖芯折射率和包層折射率相差極低(0.005左右)，在彎曲情況下很容易發生模式泄露導致很大損耗。

傳統的反諧振微結構光纖，如圖1a所示，存在多個導光模式：其一是光能量集中于中心的基模，其模場分布如圖1b所示，該模式光纖傳輸損耗最低，有效折射率最低；其二是光能量集中于包層管的包層管模式，其模場分布如圖1c所示，該模式光纖傳輸損耗比基模大，有效折射率也比基模大。當光纖發生彎曲時，光纖纖芯基模的有效折射率快速增加，包層管模式的有效折射率增加較慢，彎曲到一定程度，兩個模式的有效折射率相等，此時光纖纖芯模式和包層管模式發生耦合，光纖纖芯的光會泄露到包層管中，進而產生較高的傳輸損耗。

發明內容

本發明的目的是解決現有激光光譜氣體檢測系統中多通池的光路調節困難且容易受到干擾的問題，提供了一種具有抗彎曲損耗效果的抗彎曲反諧振微結構光纖，并基于抗彎曲反諧振微結構光纖提出了一種微結構光纖多通池。

本發明包括微結構光纖，光纖繞組芯，金屬外殼，激光耦合透鏡和氣管。

在金屬外殼上開有進光孔和出光孔，所述的進光孔和出光孔上安裝有所述激光耦合透鏡，分別用于將激光導入和導出微結構光纖的光纖纖芯；

在金屬外殼上開有進氣孔和出氣孔，所述的進氣孔和出氣孔上安裝有所述氣管，分別用于將氣體導入和導出微結構光纖的光纖纖芯；

所述的微結構光纖均勻地纏繞在所述光纖繞組芯上，其兩端分別連接進光孔處的耦合透鏡和出光孔處的耦合透鏡；

所述的微結構光纖采用抗彎曲反諧振微結構光纖，其中的內包層管為雙層管形式，且在該內包層管中貫穿有橫桿，實現對光束的橫向約束，從而抑制光纖的彎曲損耗。

優選的，所述的微結構光纖的兩端用超聲波光纖切割刀切平，采用陶瓷保護套保護后分別與激光耦合透鏡相連接。