[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

说明书

本发明公开了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，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。本发明可提高光纤谐振腔的模场耦合效率，增大空芯光纤谐振腔的精细度以及减少腔内部高阶模成分，提升空芯光纤谐振腔整体的检测性能。

技术领域

本发明属于光学检测技术领域，涉及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。

背景技术

现有光学检测方法，如检测温度、应变、气体浓度变化等方法可通过增加激 光作用路径来放大检测信号，进而有效提升检测性能。空芯光纤谐振腔具有体积 小巧且自身的高精细度光学腔结构能够有效增加激光作用路径的特点，是一种理 想的光学检测传感器。

现有构建空芯光纤谐振腔的方法多采用镀高反膜单模光纤与空芯光纤直接 构成腔膜结构，然而一般单模光纤模场要小于空芯光纤模场，这导致单模光纤基 模能量不能很好的耦合到空芯光纤基模模场上，这种低模场耦合效率会限制空芯 光纤谐振腔的精细度趋于理想精细度。同时低模场耦合效率也会造成空芯光纤谐 振腔内部高阶模变多，影响到光学检测信号的稳定性，限制了光学检测方法检测 性能的提升。

因此，研究一种高模场耦合效率的空芯光纤谐振腔构建方法，能够有效提升 空芯光纤谐振腔的模场耦合效率，实现空芯光纤谐振内部光学检测信号的放大以 及稳定，是具有重大实际意义的。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种高模场耦合效 率的高精细度空芯光纤谐振腔及其构建方法，可提高光纤谐振腔的模场耦合效率， 增大空芯光纤谐振腔的精细度以及减少腔内部高阶模成分，提升空芯光纤谐振腔 整体的检测性能。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

一种高模场耦合效率的高精细度空芯光纤谐振腔，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。

本发明进一步包括以下优选方案：

优选地，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 细管的空芯导光结构。

优选地，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。

优选地，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。

优选地，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。

本发明还提供一种高模场耦合效率的高精细度空芯光纤谐振腔的构建方法， 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；