TW201304331A - 空心光導纖維中密閉氣體柱的激勵裝置 - Google Patents

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Benoit Debord
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Abstract

一種激勵裝入外殼(12)中的氣體介質(10)的裝置，該裝置與所述外殼(12)是耦合安裝的，並且安置在所述外殼(12)的外部，該裝置還包括一產生器，能夠針對所述外殼(12)的至少一部分在該外殼(12)內產生側向激勵，其特徵在於：外殼(12)是空心光子介電結構(16)，其空心直徑小於300μm，並且產生器是微波型的，而且可以形成表面波，這就能夠利用裝在外殼(12)中的氣體介質產生並約束一微等離子體。

Description

空心光導纖維中密閉氣體柱的激勵裝置
本發明有關於一種空心光導纖維中密閉氣體柱的激勵裝置，特別是可以提供一種光源或激光源。
在激光源領域內，有幾類：第一類包括一些密集而又不太貴的激光二極管。然而這些激光源都限制在0.4μm至2μm的中斷的常規波長光譜範圍。這類激光例如可以作為諸如晶體型激光器的體積比較大的那類激光器的泵源。
第二類包括一些晶體型或離子型的激光器，它們利用摻雜離子的固態介質作為發射介質。這類激光器相當貴而且體積較大，發射波長又都限定於摻雜固體介質的離子(尤其是稀土離子)輻射躍遷及/或限定於固態介質的發射光譜。
第三類包括一些氣體激光器，它們針對於激勵密閉在管內或容器槽內的氣體柱。按照現有技術，這類激光器的優點是可產生利用上面提到的固體激光器所達不到的發射波長光束。特別是氣體激光器的波長對於受激準分子激光器來說可處於紫外線範圍內，對於氬、HE-NE激光器來說可在可見光範圍內，對於CO2激光器來說則在紅外線範圍內。這類激光器所產生的光束波長與管中或槽中的氣體組成成分及混合氣體壓力有關。
即使這種設計的激光器可以得到寬譜波長的光束，也不能完全令人滿意，主要原因有兩個。
在氣體激光器中，電子輝光放電是由兩個電極之間的縱向電場引起的，這兩個電極都安裝在裝有氣體的管內的每一端。處於氣體中的電極有被腐蝕的可能而且會污染介質。因此，必須經常清洗這些電極，這就可能大大地增加了這類激光器的開發利用費用。
根據第二不利之處，由這類激光器所發射的輻射光沒有在自由空間情況下導向。因此，必須設置一組複雜的光學元件以便使光束向靶目標偏移，這就導致了一種比較複雜而且體積又大的系統，這類系統很難校準又不好維護。總之，在激勵與氣體之間自由空間狀態下相互作用的配置大大限制了激光器的效能(光學效率低)。
考慮到已知技術之激光器的一些主要特性，在沒有如二極管激光器那樣的密實、費用又少的激光器情況下，某些工業需要也沒有得到滿足，這種激光器能發射出非常規的尤其是紫外光波長的光束，如同氣體激光器那樣。
考慮到氣體激光器可產生寬譜波長光束的性能，本發明的目的是提出一種體積不太大的氣體激光源，同時還降低了開發成本，並且明顯提高了有關的光學效率。
在等離子體領域內，大家都知道一種稱為“表面波導管”的在管中密閉氣體柱的激勵裝置，其中沒有安置在管內的電 極。該裝置在法國專利FR-2,290,126中作了專門描述。
根據該專利文獻，氣體混合物裝在一最小直徑為2mm的空心管中。此激勵裝置包括一由兩個壁界定的與管同軸的金屬容器，第一圓筒形壁之內徑正好與管內徑相配合，第二圓筒形壁與第一圓筒形壁隔開並且同軸，還包括兩個側壁。根據該裝置的一種特徵，環狀空間被安排在第一圓筒形壁與所述薄側壁之間，因為該側壁比另一側壁薄。作為金屬容器的補充部分，該激勵裝置包括一金屬板片狀的耦合構件，此金屬片安置在容器中靠近第一圓筒形壁及環形空間的地方。該耦合構件連接供電電源，此供電電源可利用同軸傳輸線提供高頻激勵信號，其中一傳輸線連接金屬板，而另一傳輸線則連接第二圓筒形壁。
根據該專利文獻，在提供頻率為100至1500Mhz之間信號的同時，它還能在環形容器中產生一電場，其靠近環形空間的電場方向，平行於裝有氣體的管軸，而且還能生成表面波，如果電源功率足夠的話，該表面波就能使管中的氣體離子化。根據該專利文獻，這種與各端密閉的裝有氣體的管所組合的激勵裝置可以構成一種光源。此光源轉過來又能夠作為固態介質的激勵器來用，以便形成離子型激光器。
在專利文獻FR-2,290,126中所描述的裝置有一個缺點係發射出的是未導向的輻射光(在自由空間情況下)，該管係作為限定氣體和等離子體的容器的作用。
在專利FR-2,579,855中所描述的另一種激勵裝置得到了發展改進，便於在激勵氣體介質的同時而得到激光效應。
根據該專利文獻，氣體混合物貯存在一內徑約為1.5mm的管中，並且該激勵裝置包括一微波產生器，它能夠在裝有氣體的管外部產生表面波，這就可以在管內生成等離子體。在該文獻中所描述的裝置與本發明的目的有關，即，提供的一種激勵裝置能夠在氣體介質中產生激光效應，因而這就可以根據氣體組成成分及壓力的不同而具有非常規的波長。
但是，在專利FR-2,579,855中所闡述的裝置不是密實的，因為該激勵裝置是按約14cm的長度延伸的。按照另一個問題來說，所應用的微波功率相當大並且超過200瓦。總之，由該裝置所發射的輻射光未被導向而是處在自由空間情況下，在專利FR-2,579,855中所提出的管的作用只限定於氣體和等離子體的容器作用。
美國專利文獻US-2007/0280304描述了一種激勵裝在外殼中的氣體介質的裝置，該外殼的直徑在500至750μm之間。該激勵裝置包括一安裝在殼外的系統，它能在氣體介質處產生電磁場。此激勵系統的形狀是圍繞外殼的纏繞線圈。這種激勵方式沒有提供對於所生成之等離子體的特殊控制。因此，這種實施方式性能不太好，因為它不包含任何使電磁激勵與氣體介質實現最佳耦合的方法，以致於因等離子體高溫而造成外殼損傷的危險性很高。
因此，本發明的目的是克服已知技術的一些缺點，同時還推薦一種低能耗的密實氣體介質的激勵裝置。
為此，本發明的態樣是一種激勵裝在外殼中的氣體介質的裝置，該裝置與所述外殼耦合，並且安裝在所述外殼的外部，而且還包括一產生器，可對至少一部分所述外殼產生在該外殼內的側向激勵，其特徵在於：外殼是空心的光子電介質結構，其空心內徑小於300μm，並且產生器是微波型的，而且可以產生表面波，這就能夠利用在外殼中的氣體介質生成並約束微等離子體。
根據另一態樣，本發明的目的是推薦一種密實的氣體激光源，其產生的輻射光是導向的，而且開發利用費用較低。
在圖1和2上，示出了裝在外殼12中的氣體介質10，該外殼與激勵裝置14耦合。
為了後面的說明，氣體介質可理解為是一種氣體或幾種氣體的混合物，另外的特徵就是組成成分以及在0.01毫巴(mbar)至50巴範圍內變化的壓力。
根據本發明的一個特徵，外殼12包括一空心光導纖維16。按照本發明的一個要點，光導纖維的空心直徑小於300μm。最好是，光導纖維的空心直徑在1至200μm之間變化。有利的是，圍繞空心的二氧化矽橋的厚度小於5μm， 最好是在100nm與1μm之間。
空心光導纖維16的特徵在於，其空心直徑及幾何光學參數主要與圍繞該空心的包殼性質有關。
根據情況，光導纖維可以具有圓筒形的空殼體並且呈現為介電毛細管的形狀，如圖5A上所描述的那樣；或者是呈現為比較複雜的介質毛細管的形狀，並帶有由多層介質包殼圍繞的氣孔，如圖5B上所描述的那樣；或者是，光導纖維可以是一種微結構化的光導纖維，其結構實例在圖6中作了描述。當然，本發明並未限制為圖6中所表述的結構。
按變型來說，光導纖維能夠用各種空心光子介電結構來代替。
根據本發明的另一特徵，激勵裝置14與空心光導纖維16耦合並且安裝在所述光導纖維外部，還包括一微波型產生器，可對至少一部分所述空心光導纖維16產生側向激勵，這就能夠在空心光導纖維內利用氣體介質10生成微等離子體。
根據本發明的一個要點，微波型產生器可以產生表面波，其空間分佈基本是管形的，與光導纖維同軸而且其強度峰值確定在等離子體與空心外輪廓16之間的界面處。因此，表面波就在該介面處傳播，並且生成一嚴格確定在微米結構內的等離子體柱，還不會對所述結構材料有任何損害，此結構在沒有表面波的情況下將會受到大約1500℃等離子體溫度 的損壞。根據另一個優點，表面波可以在幾釐米長度上傳播，這就能夠生成一相當長的微等離子體柱。
根據本發明的一個特徵，微波產生器的頻率變化可從50MHz到10GHz。
為了後面的說明，側向激勵可理解為，由激勵裝置14在光纖16的表面處或在光纖的中心處所產生的場基本上是平行於光纖的縱向18(縱向對應於光纖最大的尺寸)而定向的。
由於這種微波激勵通道，90%以上的微波能量都處於產生器中並被轉移到氣體柱。
該被激勵的氣體柱形成一種等離子體波，可轉而發射光。
考慮到外殼12的性質，其呈現空心光導纖維的形狀而且線性衰減小於10dB/m，人們就會得到明顯高於採用單管形式外殼所達到的光學效率。
此外，由於等離子波與光纖中導向模式之間的最佳配合，由等離子體所發射的90%以上的光都由光纖導向。光纖空心尺寸大小與激勵模式性質的組合，此激勵即是由頻率為50MHz至10GHz之間的微波產生器所產生的側向激勵，可得到激勵密實的氣體介質10的裝置，因為側向激勵所應該施加到的光纖16的部分可以小於5cm，能量耗損也比較低，因為作用到激勵器的功率小於100W。
根據變型，側向激勵可以應用到空心光纖16的整個周圍或者只是應用到一部分上。
根據情況，激勵裝置可以是如圖3上所示之同軸的或者差不多是如圖4A、4B、4C所示之平面的。
根據圖4A上所表述的實例，激勵裝置14可呈現一列微型條帶20的形狀，按習知的方式，其包括一平板22，一介電層24，一導電體26和一控制件28(以示意圖的方式表示)，空心光導纖維16安置在平板22與導電體26之間，垂直於所述的該導電體26，要調節控制件28以便在空心光纖16的空心處得到最大的電場。按變型來說，如圖4B上所描述的那樣，光纖26可以平行於導電體26來安置。
按變型情況，如圖4C上所示，光纖16垂直於導電體26及平板22來安置，該微型條帶導電體有一可使光纖16通過的孔29(其直徑稍大於光纖直徑)並且能產生平行於光纖16軸的電場。
根據圖3上所示的另一種實施方式，激勵裝置是同軸的並且呈現為表面波導管(surfatron)30的形狀，它複製了一些具有不同尺寸的在專利FR-2,290,126中所描述的元件。
因此，激勵裝置30包括：第一空心圓筒形壁32，其內徑Dint稍微大於光纖16的外徑dext；還有同軸的第二空心圓筒形壁34，其與第一圓筒形壁32是隔開的，以便界定出一與光纖16同軸的環形金屬容器36，此容器的第一端由第一側向壁38密閉，該側壁處在垂直於光纖16縱向的平面內，此連接圓筒形壁32和34，而在另一端則由第二側向壁40 密封該容器，此第二側壁也處在垂直於光纖縱向的平面內，它連接到第二空心側壁34，還留有一中心孔42，其直徑差不多等於內徑Dint。按照一個要點來說，環形間隔44使第一空心圓筒形壁32的端部與第二側向壁40隔開了。作為補充，激勵裝置包括一供電電源(圖中未示出)，它能通過同軸傳輸線提供高頻激勵信號，同軸傳輸線中的一條線連接一安裝在金屬容器36中的金屬元件46，而另一條線連接到第二圓筒形壁34。根據本發明的一個特徵，金屬元件46呈現如附圖3所示的環扣狀。此環扣在包含光纖16縱向的平面內延伸，並且它在金屬容器內呈U狀。金屬元件的這種幾何形狀可以在容器內部得到均勻的電場。
供電電源和安裝在金屬容器內的金屬元件都不再詳述了，因為它們可從專利FR-2,290,126中獲知。
對空心光導纖維16所應用的激勵裝置30最好具有以下特徵：環狀間隔44的長度E最好按照光纖16的外徑的不同而在1至5mm之間變化。
空心圓筒形壁32的內徑Dint應該稍微大於光纖16的外徑，最好是，光纖16的外表面與壁32的內表面之間的間隙應小於2mm。這種特徵可以使激勵裝置14與光纖16的耦合最佳並且能夠限制光纖16局部過熱的危險。
根據另一觀點，容器36的長度L的確定是為了使激勵裝 置是諧振的。因此，長度L應該基本上等於λ/4+n×λ/2，n為整數而λ是激勵波波長。
根據一些應用，第二側向壁40多少要厚一些。因此，這個壁的厚度對於定位光源來說可以是幾毫米或者對於激光光源來說厚度可盡可能的薄，約為1mm左右。
本發明並未被限制在上述激勵裝置的幾種實施方式，而是涵蓋了各種激勵裝置，這些裝置都能在空心光纖表面或者在光纖空心中產生電場，而且其沿著光纖縱向的分量可足夠利用氣體介質10生成等離子體，同時還沒有在光纖16內放置元件。實際上，在相反的情況下，也就是說，如果電場是由兩個安置在光纖空心中的電極產生的，那麼，由於在界定光纖空心的壁上過多地積累了電荷，那就會很難隨時控制放電。
根據圖1和2所描述的第一種變型例，含有氣體介質的外殼12並未限定於空心光導纖維。在此情況下，空心光導纖維16的一端於空腔48中，另一端被封閉，或者是其兩端分別於空腔48、48’中。在這種情況下，氣體介質可經過至少一個空腔48、48’而引入到外殼12中。
根據在圖7和8上所描述的另一變型例，含有氣體介質的外殼12是由各端都被密閉的空心光纖16構成的。在這種情況下，人們可以使用專利文獻WO2006/077437中所描述的那類方法使指定壓力的氣體介質引入到空心光導纖維16 中。
根據圖1上所描述的第一種應用，激勵空心光導纖維的裝置可用於產生定位光源。在此情況下，所使用的功率較低。如圖1所描述的那樣，定位在光纖16的空心中所生成的微等離子體50。
根據這種應用所描述的一實施方式，空心光導纖維16在各端包含有氣體容器形狀的空腔48、48’，至少其中一腔包含一稱為窗口52的透明壁，以便可以讓產生的光線離開外殼12，所述窗口52安排在該光纖16的延伸部位中。按照變型來說，空心光導纖維16的各端部可以包括密閉元件，其中至少一密閉元件對於光纖16的空心處所產生的光線來說是透明的。
根據在圖2、7和8上所描述的另一應用，激勵空心光導纖維的裝置可用於產生氣體激光源。在此情況下，所使用的功率比前述應用的更大。該功率在1至100瓦之間。正如圖2上所描述的那樣，在光纖內生成的等離子體是分佈式的並且延伸到激勵裝置所涵蓋的部位以外。
根據為了該應用所描述的一種實施方式，空心光導纖維16的每一端都有氣體容器形狀的空腔48、48’，兩個空腔包含有反射鏡54、54’以便獲得放大現象，其中一反射鏡54’是半反射的，以便讓光源產生的激光輻射56離開外殼12，反射鏡54、54’都安置在所述光纖16的延伸部位中。空腔 48和48’可用來把氣體介質裝入外殼中，也可用於排放或控制氣體介質的壓力。為此，空腔48、48’可以安裝節流閥和氣壓計。最好是，至少一空腔含有一窗口以便允許觀測所發射的輻射光56。
按照變型，空腔48、48’可以利用光子管代替。在此情況下，空心光導纖維16能夠在每一端焊接一實心光纖節段58，其中一節段成為反射元件的作用，而另一節段則成為半反射元件的作用。
按照需要，空心光導纖維可以多少長一些。因此，其長度可以在1cm至100m的範圍內變化。
按照所要求的結構緊湊性，光纖16可以如圖7所示，差不多是直線的，或者是纏繞的或形成一環，如圖8所示。
根據情況，激光源可包括一與光纖16組合的激勵裝置14或者幾個與同一光纖16組合的激勵裝置14，如圖7和8上所示。按照一種最大限度的變型，光纖16的整個長度可以處於激勵狀態下，借助一沿其整個長度延伸的激勵裝置或者是借助幾個分佈在其整個長度上的激勵裝置。按照另一種安排，至少一可界定放大光腔的反射鏡不必安置在空心光導纖維16的一端部。至少一反射鏡可以與光導纖維16的一端隔開。因此有一些微型反射鏡可以插入到空心光導纖維16中，或者在微結構化空心光導纖維情況下，在微結構性外套中能夠形成一布拉格(Bragg)光柵。
在結構方面，能設置一或數個冷卻系統用於在一或數個激勵裝置14處冷卻光纖16。
在功能方面，所發出的輻射光56是多色的。氣體介質的組成成分能夠確定所得到的不同譜線波長。氣體介質的壓力可以相對地有利於某些譜線。空心光導纖維16的幾何光學參數可以保證濾波器的作用，以便對某些譜線進行光譜過濾，而對其它譜線有所助益。
此外，還能夠按照其直徑選擇光纖16或者調節氣體介質之激勵用的頻率和功率，以便調整等離子體長度及/或所發射光線56的某些參量，尤其是它的功率。
總之，激光源也可以按連續狀態和按脈衝狀態工作。
在實驗方面，選擇直徑為107μm的空心介電毛細管作為光纖16，選擇氬作為氣體介質，壓力為3bars(巴)，而激勵功率為47W，頻率為2.45GHz，能夠觀察到相當穩定的等離子體。選用激勵功率為35W以及壓力為2.8巴，光束的光學功率約為5mW而且可得到准單模光束。
本發明所具有的優點如下：與已知技術的氣體激光器相反，所發射的光束處於光導纖維的空心中並可利用所述光導纖維導向直到光源的輸出端。這樣，該優點就可以得到一種密集的激光源，無需一組複雜的光學元件偏移光束。考慮到沒有複雜的一組光學元件，則那些與所述光學元件的調節及其維護有關的費用都不 需要。再有，由於所發射的輻射光可被導向，這就保證在光纖輸出端的光束空間質量高於已知技術裝置所達到的質量。
根據另一觀點，如有必要還可把光纖16纏繞起來，所以激光源是密集的。
根據又一觀點，降低該激光光源的開發利用成本，究其原因是它不需要維修電極，而且也降低產生光束所要求的功率。
最後，根據另一觀點，配合選擇氣體介質組成成分和壓力以及按照特別是其幾何光學參數選擇空心光導纖維16等就可以得到一種可發射頻率非常穩定又是精細譜線的激光光源，而且在紫外線範圍、可見光範圍和紅外線範圍內都一樣。
本發明的激勵裝置能製備出一些密實，有撓性，成本又低的激光器發光光源，其發射的輻射光處於非傳統的範圍，比如紫外線或紅外線。紫外線的延伸範圍約為100至300nm，可用於通過光刻度而實現的微電子學元件的設計。
儘管如此，其它方面的應用都能加以考慮例如，使用過的水處理，在醫學領域內的某些組織的切除或者視網膜的修復等。
10‧‧‧氣體介質
12‧‧‧外殼
14‧‧‧激勵裝置
16‧‧‧空心光導纖維，光纖
18‧‧‧縱向
20‧‧‧微型條帶
22‧‧‧平板
24‧‧‧介電層
26‧‧‧導電體
28‧‧‧控制件
29‧‧‧孔
30‧‧‧表面波導管，激勵裝置
32‧‧‧第一空心圓筒形壁，第一圓筒形壁
34‧‧‧第二圓筒形壁，第二空心側壁
36‧‧‧環形金屬容器
38‧‧‧第一側向壁
40‧‧‧環狀空間，第二側向壁
42‧‧‧中心孔
44‧‧‧環形間隔
46‧‧‧金屬元件
48‧‧‧空腔
48’‧‧‧空腔
50‧‧‧微等離子體
52‧‧‧窗口
54‧‧‧反射鏡
54’‧‧‧反射鏡
56‧‧‧激光輻射
58‧‧‧實心光纖節段
本發明的其它特徵和優點可從後面對本發明的說明中顯示出來，這些說明只是作為實例而給出的，還參照了幾個附圖，其中有： 圖1是按照本發明所確定的光源的示意圖，圖2是本發明一激光源的示意圖，圖3是根據本發明第一種變型的激勵裝置的示意圖，圖4A是根據本發明另一變型的激勵裝置的示意圖，圖4B是根據本發明又一變型的激勵裝置的示意圖，圖4C是根據本發明又一種變型的激勵裝置的示意圖，圖5A是本發明用來裝入氣體介質所用的第一纖維實例的剖面圖，圖5B是本發明用來裝入氣體介質所用的另一纖維實例的剖面圖，圖6是本發明用來裝入氣體介質所用的又一纖維實例的剖面圖，圖7是本發明另一變型例的激光源的示意圖，圖8是本發明又一變型例的激光源的示意圖。
10‧‧‧氣體介質
12‧‧‧外殼
14‧‧‧激勵裝置
16‧‧‧空心光導纖維，光纖
18‧‧‧縱向
48‧‧‧空腔
48’‧‧‧空腔
50‧‧‧微等離子體
52‧‧‧窗口

Claims (19)

  1. 一種激勵在外殼(12)中裝入的氣體介質(10)的裝置，該裝置與所述外殼(12)耦合安裝並且安置在所述外殼(12)的外部，該裝置還包括一產生器，能夠在所述外殼(12)內部對至少一部分該外殼(12)產生側向激勵，其特徵在於：外殼(12)是一空心的光子介電結構(16)，其空心直徑小於300μm，並且產生器是微波型的，而且可以形成表面波，它能利用裝在外殼(12)中的氣體介質生成並約束微等離子體。
  2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，空心的光子介電結構(16)的直徑在1至200μm的範圍內。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之裝置，其中，外殼(12)的線性衰減小於10dB/m。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之裝置，其中，表面波具有與空心的光子介電結構(16)同軸的管狀空間分佈，並且其峰值強度定位在微等離子體與空心的光子介電結構(16)周邊之間的界面處。
  5. 如上述申請專利範圍中任一項之裝置，其中，微波產生器呈現一列微型條帶物(20)的形狀，其包括：一平板(22)；一介電層(24)；導電體(26)，空心光導纖維(16)安置在平板(22)與導電體(26)之間。
  6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之裝置，其中，微波產生器包括一帶有環形間隔(44)的又與光纖(16)同軸的環 形金屬容器(36)，還有一個供電電源能提供高頻激勵信號，其帶有一安置在金屬容器(36)中的金屬元件(46)。
  7. 如申請專利範圍第6項之裝置，其中，金屬元件(46)為環扣狀。
  8. 如申請專利範圍第7項之裝置，其中，該元件環扣在包含光纖(16)縱向的平面內展開，並且其在金屬容器內呈U形。
  9. 如申請專利範圍第6至8項中任一項之裝置，其中，環形間隔(44)的長度在1至5mm的範圍內。
  10. 如申請專利範圍第6至9項中任一項之裝置，其中，環狀金屬容器(36)是用第一空心圓筒形壁(32)來限定，此壁的內徑稍微大於光纖(16)的外徑。
  11. 如上述申請專利範圍中任一項之裝置，其中，外殼(12)包括空心光導纖維(16)，至少一空腔(48)設置在所述光纖(16)的至少一端部。
  12. 如上述申請專利範圍中任一項之裝置，其中，外殼(12)是由每端都密封的光導纖維(16)構成的。
  13. 一種發光光源，包括上述申請專利範圍中任一項之一激勵所述氣體介質(10)的裝置。
  14. 一種激光源，包括申請專利範圍第1至12項中任一項之一激勵所述氣體介質(10)的裝置。
  15. 如申請專利範圍第14項之激光源，其中，空心光導纖 維(16)的每一端焊接一實心光纖節段(58)，其中一節段成為反射元件的作用而另一節段成為半反射元件的作用。
  16. 如申請專利範圍第14項之激光源，其中，至少一界定光腔的反射鏡與空心光導纖維(16)的端部是隔開的。
  17. 如申請專利範圍第14至16項中任一項之激光源，其中，空心光導纖維(16)是微結構性的光導纖維。
  18. 如申請專利範圍第14至16項中任一項之激光源，其中，空心光導纖維(16)是介電毛細管，其帶有由多層介電外套圍繞的氣孔。
  19. 一種利用申請專利範圍第14至18項中任一項之激光源來發射激光束的方法，其特徵在於：利用空心光導纖維(16)的幾何光學參數來確保頻率濾波器的作用。
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011142849A2 (en) * 2010-01-21 2011-11-17 Rudolph Wolfgang G Gas filled hollow fiber laser
FR2974680B1 (fr) * 2011-04-29 2014-04-11 Univ Limoges Dispositif d'excitation d'une colonne de gaz enfermee dans une fibre optique a coeur creux
CN103078239B (zh) * 2012-12-27 2015-06-24 中国科学院安徽光学精密机械研究所 一种微波激励气体的装置及方法
US9372299B1 (en) * 2014-02-19 2016-06-21 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Hollow-core fiber lamp
KR101558737B1 (ko) 2014-02-21 2015-10-08 한국원자력연구원 광학 공동 비축을 이용한 빔 정렬 장치 및 방법
CN104577683A (zh) * 2015-01-12 2015-04-29 中国科学院合肥物质科学研究院 一种空芯光子晶体光纤气体激光器的谐振腔
FR3039289A1 (fr) * 2015-07-22 2017-01-27 Thales Sa Terminaison pour fibre optique a coeur creux
CN110068551A (zh) * 2019-06-04 2019-07-30 中国计量大学 一种对称级联结构光纤spr检测器
US11128097B2 (en) * 2019-08-02 2021-09-21 Samsung Electronics Co., Ltd. Light source apparatus
US20210057864A1 (en) * 2019-08-19 2021-02-25 Iradion Laser, Inc. Enhanced waveguide surface in gas lasers
CN114079219B (zh) * 2020-08-12 2024-04-26 中国科学院大连化学物理研究所 带有金属涂层的空芯光子晶体光纤与高压气室密封结构
JP2023546976A (ja) * 2020-10-30 2023-11-08 クオンタム ヴァリー アイデアズ ラボラトリーズ 高周波電磁放射の生成
CN113219588B (zh) * 2021-07-08 2021-09-14 武汉聚合光子技术有限公司 一种光纤合束器的制作方法及装置
US11402479B1 (en) 2022-02-08 2022-08-02 Quantum Valley Ideas Laboratories Communicating information using photonic crystal transceivers
US11469566B1 (en) 2022-02-08 2022-10-11 Quantum Valley Ideas Laboratories Generating electromagnetic radiation from a photonic crystal maser
US11533101B1 (en) 2022-02-08 2022-12-20 Quantum Valley Ideas Laboratories Communicating information using photonic crystal masers
CN115185036B (zh) * 2022-07-18 2024-03-01 江苏师范大学 一种基于气体顺磁效应的空芯光纤光栅及实现方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3493845A (en) * 1965-06-04 1970-02-03 Melpar Inc Coherent light source utilizing microwave pumping of an element having a metastable state as its first excited level
FR2290126A1 (fr) 1974-10-31 1976-05-28 Anvar Perfectionnements apportes aux dispositifs d'excitation, par des ondes hf, d'une colonne de gaz enfermee dans une enveloppe
FR2579855A1 (fr) * 1985-03-28 1986-10-03 Centre Nat Rech Scient Dispositif pour l'excitation par ondes hyperfrequences d'un plasma dans une colonne de gaz, permettant notamment la realisation d'un laser ionique
JPS6249683A (ja) * 1985-08-27 1987-03-04 Mitsubishi Electric Corp ガスレ−ザ装置
US5359621A (en) * 1993-05-11 1994-10-25 General Atomics High efficiency gas laser with axial magnetic field and tunable microwave resonant cavity
GB9323601D0 (en) * 1993-11-16 1994-01-05 Atomic Energy Authority Uk Plasma light source
GB0501493D0 (en) 2005-01-24 2005-03-02 Univ Bath An optical assembly and method
US20070280304A1 (en) * 2006-06-05 2007-12-06 Jochen Deile Hollow Core Fiber Laser
FR2974680B1 (fr) * 2011-04-29 2014-04-11 Univ Limoges Dispositif d'excitation d'une colonne de gaz enfermee dans une fibre optique a coeur creux

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