空芯光子晶體光纖中射頻放電激勵氣體雷射的研究

《空芯光子晶體光纖中射頻放電激勵氣體雷射的研究》是依託華中科技大學，由王新兵擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：空芯光子晶體光纖中射頻放電激勵氣體雷射的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王新兵
• 依託單位：華中科技大學

項目摘要

近年來，基於空芯光子晶體光纖的多孔特性，在光纖的空芯孔中充入氣體，研究光與氣體的相互作用，已引起人們極大的興趣，主要套用於氣體感測、雷射與物質的非線性相互作用以及雷射頻標等。本項目將空芯光子晶體光纖以及傳統的放電激勵的氣體雷射器結合起來，提出在充氣的空芯光子晶體光纖中進行氣體放電製作空芯光子晶體光纖氣體雷射器的思想。擬採用電容耦合的射頻放電技術對各種結構的空芯光子晶體中的氣體進行放電，研究空芯光子晶體光纖中射頻氣體放電電漿特性、以及空芯光子晶體光纖中放電形成的電漿對光傳輸特性的影響；對空芯光子晶體光纖氣體雷射諧振腔技術進行研究；以He-Ne氣體雷射為研究對象，實現空芯光子晶體光纖HeNe632.8nm雷射輸出。

結題摘要

空芯光子晶體光纖廣泛用於氣體感測以及光泵浦光纖氣體雷射中，本項目則開展空芯光纖中氣體放電雷射器的研究。在本項目的資助下，開展了空芯光子晶體光纖氣體填充特性的研究、空芯光子晶體光纖中電漿對光傳輸特性的研究、空芯光子晶體光纖中氣體放電電漿特性的研究以及空芯光子晶體光纖中氣體放電He-Ne雷射器的研究。 完成了本課題中的空芯光纖中氣體填充特性的理論以及實驗研究。通過求解帶一階滑移條件的N-S可壓縮方程，推導出光纖氣體填充的理論公式，並利用COMSOL Multiphysics軟體進行相應的仿真模擬。建立實驗裝置對不同充入壓強、不同填充氣體、不同光纖孔徑和不同光纖長度情況下的填充特性進行了實驗研究，利用四極質譜儀對光纖內雷射混合氣體成分進行檢測，研究了光纖雷射混合氣體各組成成分的填充特性。 完成了本課題中輝光放電低溫電漿填充的空芯光子晶體光纖的傳輸特性的研究。在空芯光纖中產生電漿後，空芯光纖的傳輸特性將隨著電漿的狀態而發生變化。通過計算不同氦氖混合氣體輝光放電電漿折射率，引入空芯光子晶體光纖的有限元模擬中，可計算光子晶體光纖的限制損耗。得到了空芯光子晶體光纖的傳輸損耗與氣體放電電漿參數的關係。 完成了本課題中空芯光子晶體光纖中氣體放電電漿特性的研究。提出了一種新型的射頻放電結構，成功實現了空芯光纖中射頻輝光放電。採用該結構的放電裝置，可在很長的空芯光纖（大於1 m）中實現較高氣壓（大於70 Torr）下射頻放電放電。考慮到空芯光纖中微小的放電空間，採用發射光譜診斷技術，研究了空芯光纖中氣體放電電漿參量，如放電中的氣體溫度、電子溫度、電子密度，與氣壓放電、射頻注入功率的關係。研究表明由於空芯光纖的熱傳導較好，空芯光纖中氣體放電電漿的氣體溫度約在52060 K範圍內，電子密度約為1020 m3，電子能量小於104 K，並且電漿參數隨氣體壓力以及射頻注入功率的變化並不明顯。 開展了空芯氦氖氣體放電增益特性進行實驗研究，通過改變不同的氣體配比以及放電長度，發現在氦氖混合氣體中氦氣的比例較高，且光纖的長度足夠長的情況下，實驗可觀察到空芯光纖氣體氦氖放電中的增益，但是增益不高，由於光纖的損耗較大，未能實現空芯光纖氣體放電氦氖雷射輸出。