[发明专利]基于微结构光纤的光纤多通池

说明书

本发明公开了一种基于微结构光纤的光纤多通池。本发明包括微结构光纤，光纤绕组芯，金属外壳，激光耦合透镜和气管。所述的微结构光纤采用抗弯曲反谐振微结构光纤，其中的内包层管为双层管形式，且在该内包层管中贯穿有横杆，实现对光束的横向约束，从而抑制光纤的弯曲损耗。收益于抗弯曲反谐振微结构光纤低弯曲损耗的特性，光纤多通池的光程可增加到千米级别，远超传统多通池；微结构光纤实现了对光束的横向约束，光束在长距离传输后不会改变横截面；光束在光纤内传输相比较传统多通池的镜片反射具有更高的稳定性，从而可以应用在运动更为剧烈的环境。

技术领域

本发明涉及激光光谱技术领域，提出了一种基于微结构光纤的光纤多通池。

背景技术

随着激光器的发展，激光光谱技术的研究已经成为国际上研究的热点，激光光谱技术由于其灵敏度高、响应速率快、检测限低等特点已经广泛应用于医疗、军事、环境保护等众多领域。多通池，作为一种在有限体积内增加激光和探测气体作用距离的器件，在激光光谱技术领域中起重要作用。

目前，激光光谱技术中用到的多通池是基于光学镜片反射的光学多通池，主要依靠精密的光学镜片，实现在特定空间内光束的多次反射，可以使光束与气体的相互作用光程增加，从而实现更精确的测量和更低的探测极限。然而，目前这种多通池存在以下缺点：首先，多通池的光程增加依赖于光学镜片的设计，对镜片的位置非常敏感，因此，对环境温度、振动表现出不稳定的特性；其次，在多通池内传输的光束在横截面方向没有受到约束，光束发散不可避免，传输光斑越来越大，限制了光程的增大；最后，这种多通池采用光学镜片反射的方法来增加光程，光束在镜片上的多次反射使得光束的损耗也非常大。

抗弯曲反谐振微结构光纤属于反谐振光纤，其导光原理是反谐振导光机理，即通过增强入射光在遇到包层薄壁时的反射，将光尽可能地束缚在纤芯中。由于反谐振导光机理基于空气和光纤介质(通常为石英玻璃)的界面反射，光纤介质和空气的折射率差很大(石英玻璃和空气折射率相差0.45左右)，保证了在光纤弯曲时仍能保持导光。相对于用于通讯的普通单模光纤，由于导光原理是基于高折射纤芯和光纤包层的全反射机理，而纤芯折射率和包层折射率相差极低(0.005左右)，在弯曲情况下很容易发生模式泄露导致很大损耗。

传统的反谐振微结构光纤，如图1a所示，存在多个导光模式：其一是光能量集中于中心的基模，其模场分布如图1b所示，该模式光纤传输损耗最低，有效折射率最低；其二是光能量集中于包层管的包层管模式，其模场分布如图1c所示，该模式光纤传输损耗比基模大，有效折射率也比基模大。当光纤发生弯曲时，光纤纤芯基模的有效折射率快速增加，包层管模式的有效折射率增加较慢，弯曲到一定程度，两个模式的有效折射率相等，此时光纤纤芯模式和包层管模式发生耦合，光纤纤芯的光会泄露到包层管中，进而产生较高的传输损耗。

发明内容

本发明的目的是解决现有激光光谱气体检测系统中多通池的光路调节困难且容易受到干扰的问题，提供了一种具有抗弯曲损耗效果的抗弯曲反谐振微结构光纤，并基于抗弯曲反谐振微结构光纤提出了一种微结构光纤多通池。

本发明包括微结构光纤，光纤绕组芯，金属外壳，激光耦合透镜和气管。

在金属外壳上开有进光孔和出光孔，所述的进光孔和出光孔上安装有所述激光耦合透镜，分别用于将激光导入和导出微结构光纤的光纤纤芯；

在金属外壳上开有进气孔和出气孔，所述的进气孔和出气孔上安装有所述气管，分别用于将气体导入和导出微结构光纤的光纤纤芯；

所述的微结构光纤均匀地缠绕在所述光纤绕组芯上，其两端分别连接进光孔处的耦合透镜和出光孔处的耦合透镜；

所述的微结构光纤采用抗弯曲反谐振微结构光纤，其中的内包层管为双层管形式，且在该内包层管中贯穿有横杆，实现对光束的横向约束，从而抑制光纤的弯曲损耗。

优选的，所述的微结构光纤的两端用超声波光纤切割刀切平，采用陶瓷保护套保护后分别与激光耦合透镜相连接。