[发明专利]一种高模场耦合效率的高精细度空芯光纤谐振腔及其构建方法

权利要求书

1.一种高模场耦合效率的高精细度空芯光纤谐振腔，其特征在于：

所述空芯光纤谐振腔包括依次固定连接的第一SMF-GRIN-高反镀膜结构、空芯光纤和第二SMF-GRIN-高反镀膜结构；

其中，第一SMF-GRIN-高反镀膜结构和第二SMF-GRIN-高反镀膜结构的高反镀膜分别与空芯光纤两端连接，形成空芯光纤谐振腔结构，实现腔内光学检测信号的放大以及稳定。

2.根据权利要求1所述的高模场耦合效率的高精细度空芯光纤谐振腔，其特征在于：

所述空芯光纤为空芯反谐振光纤、光子带隙光纤或内部镀金属膜毛细管空芯导光结构。

3.根据权利要求1所述的高模场耦合效率的高精细度空芯光纤谐振腔，其特征在于：

所述光学检测信号包括吸收信号、光声信号、光热信号和拉曼散射信号。

4.根据权利要求1所述的高模场耦合效率的高精细度空芯光纤谐振腔，其特征在于：

所述SMF选用SMF-28单模光纤；

所述GRIN选用MO2型渐变折射率光纤；

所述高反镀膜为13层Ta2O5/SiO2介质涂层。

5.根据权利要求4所述的高模场耦合效率的高精细度空芯光纤谐振腔，其特征在于：

所述空芯光纤纤芯直径为28μm，长度为1m；

所述SMF-28单模光纤的模场直径为10μm；

所述MO2型渐变折射率光纤的纤芯直径为50μm，纤芯节距为1/4，长度为200μm；

所述高反镀膜的介质涂层工作在532-900nm。

6.一种权利要求1-5任意一项所述的高模场耦合效率的高精细度空芯光纤谐振腔的构建方法，其特征在于：

所述方法包括以下步骤：

步骤1：利用GRIN内部具有周期性变化的折射率，可以在GRIN内部使激光出射模场进行放大与缩小的特性，根据空芯光纤模场，以将经过SMF传输的激光的出射模场放大到与空芯光纤模场大小相同为目标，确定GRIN半径以及长度；

步骤2：基于步骤1构建第一SMF-GRIN-高反镀膜结构和第二SMF-GRIN-高反镀膜结构；

步骤3：将第一SMF-GRIN-高反镀膜结构和第二SMF-GRIN-高反镀膜结构与空芯光纤进行对齐，其中，第一SMF-GRIN-高反镀膜结构和第二SMF-GRIN-高反镀膜结构的高反镀膜分别与空芯光纤两端连接，形成空芯光纤谐振腔结构；

步骤4：结合光纤谐振腔透射光谱进行谐振腔精细度的实际测量；

步骤5：对第一SMF-GRIN-高反镀膜结构和第二SMF-GRIN-高反镀膜结构的距离和角度进行调节，直到步骤4获得的实际测量的精细度与精细度的要求一致；

步骤6：对第一SMF-GRIN-高反镀膜结构、第二SMF-GRIN-高反镀膜结构与空芯光纤进行固定，形成高精细度空芯光纤谐振腔结构。

7.根据权利要求6所述的高模场耦合效率的高精细度空芯光纤谐振腔的构建方法，其特征在于：

步骤1中，GRIN半径以及长度的确定方式为：

假设GRIN半径大小为r，Δ表示GRIN光纤相对折射率差，则GRIN光纤聚焦系数g表示为：

则经过GRIN光纤聚焦之后的光线束腰处模场大小为：

其中，w₀为SMF的出射光斑大小，λ为激光的波长，n为GRIN轴心折射率，l表示GRIN的长度；

利用式(1)-(3)，GRIN的Δ、n为固有已知参数，λ和w₀均为已知参数，通过选择GRIN光纤半径r以及长度l即可实现对SMF出射模场的放大。

8.根据权利要求6所述的高模场耦合效率的高精细度空芯光纤谐振腔的构建方法，其特征在于：

所述构建方法中对SMF传输激光的出射模场放大的器件不限于GRIN光纤，还包括所有能够用于放大模场的器件。