[发明专利]一种基于塑料光子晶体光纤预制棒的嵌入式光纤灯笼

说明书

本发明属于天文光子学领域，具体涉及一种基于塑料光子晶体光纤预制棒的嵌入式光纤灯笼。本发明将多根塑料光纤去掉外包层后，插入具有周期性空气孔的塑料光子晶体光纤预制棒的靠中央的多个孔洞中，塑料闪烁光纤的排列方式不固定，因此还可根据实际需求将光纤嵌入到不同的空气孔中，制成不同形状的纤芯结构，这样更有利于光束的传输，然后对预制棒进行拉锥，从而把光纤灯笼制作成一端为多根光纤、另一端为光纤汇聚端的光纤连接器，其中，插入塑料光纤的多个孔洞成为光纤汇聚端的纤芯，没有插入塑料光纤的周围孔洞成为空气包层，最终实现对光的传输。本发明制作简单、结构灵活，光信号的损耗减小，可用于水切伦科夫探测器中。

技术领域

本发明属于天文光子学领域，具体涉及一种基于塑料光子晶体光纤预制棒的嵌入式光纤灯笼。

背景技术

由于空间探测器的有效面积较小，而高能宇宙线粒子流量又很小，科学家们通常采用地面方式间接观测高能宇宙线。常用的地面宇宙线探测技术包括大气切伦科夫光望远镜、大气荧光望远镜、地面粒子探测器阵列、水切伦科夫探测器等。水切伦科夫探测器结合了大气切伦科夫望远镜的低能阈值和地面粒子探测器阵列的大视场、高工作周期等优点，已广泛应用在γ射线天文、宇宙线探测以及中微子探测等前沿物理研究领域中，水切伦科夫探测器的探测原理是当相对论性带电粒子穿过纯水或净水时的速度大于光在水中的相速度时,会发出水切伦科夫光,我们用光电倍增管来收集切伦科夫光。对于高能射线来说，因为粒子的能量较多，高能粒子进入到探测器以后不仅行程长，而且还会发生二次簇射，从而产生更多数量的新粒子，新粒子的数目与入射粒子的能量成正比,此时通过测定探测器中产生的水切伦科夫光,就可以测定入射粒子数目及其总能量，从而达到了监测高能宇宙线粒子的数量和能量的目的。用于高能射线成像的灵敏探测器件中，较为常用的探测器有闪烁体探测器或半导体探测器。

其中闪烁体探测器主要由闪烁体、光波导或光纤、光电转换器组成，其中光波导或光纤主要用于收集闪烁体产生的光子，光电转换器用于将光子转换成电子，最终输出电信号给计算机。

塑料闪烁光纤是一种兼有射线探测和光信号传输功能的元件，用它做成的探测器具有空间分辨率高、时间分辨率好、抗辐照等优点，而且因为主要成分是塑料，所以可以弯曲成不同的形状，延伸到空间任意位置，而且塑料闪烁光纤在受到高能辐射时会发出可见光或红外光的荧光信号，在高能粒子探测中被广泛运用。但是，塑料闪烁光纤在传输光信号时具有严重的能量衰减，如果在水切伦科夫探测器中用这种光纤进行远距离传输，收集到的光信号将很微弱。因此需要一种能够将塑料闪烁光纤中的光信号收集起来的装置，继而通过此装置把汇集的光信号传输到几乎没有能量衰减的白光纤中，再由白光纤把光信号输送到远处的光电探测器。

王维彪和徐迈在发明专利《一种聚合物光子晶体光纤的制备方法及其光纤》(公开号为CN1542472A)中公开了一种聚合物光子晶体光纤的制备方法技术方案，他们选取高折射率的物质制作聚合物空心圆棒，将制作好的聚合物空心圆棒拉伸成毛细管，再将毛细管堆积成规则均匀排列的六边形体，制备成空心或者实心结构聚合物光子晶体光纤预制棒，进一步拉制成光子晶体光纤。

光子晶体光纤的空气孔排布灵活性较强,可以通过设计不同包层空气孔排列的光子晶体光纤的结构，来改变其传输光的特性。基于光子晶体的特殊光学性质，本发明提出了一种基于塑料光子晶体光纤预制棒的嵌入式光纤灯笼。把多根去掉外包层的塑料闪烁光纤插进塑料光子晶体光纤预制棒的靠中央的多个孔洞中，多个塑料闪烁光纤去掉包层以后的纤芯部分的整体等效折射率大于塑料闪烁光纤周围的多个空气孔的等效折射率，这种结构能够限制光束的传输，并将能量集中在塑料光子晶体光纤预制棒的中央部分。再对此塑料光子晶体光纤预制棒进行光纤拉锥，把塑料闪烁光纤中的光信号集中到塑料光子晶体光纤预制棒拉锥部分的光纤汇聚端的纤芯部分，并和能量衰减非常小的白光纤相连接，由白光纤把光信号传输到远处的光电探测器。

发明内容