专利摘要

一种用于超导介质谐振腔声子激光器的声子光栅，该声子光栅包括缓冲层（1）、介质层（2）、杂质层（3）、介质层（4）、缓冲层（5）；其中，缓冲层（1）和缓冲层（5）是声子光栅镶嵌在超导介质谐振腔声子激光器出射端时为切合声子激光器空隙尺寸以及防止介质层（2）、介质层（4）磨损而设，介质层（2）、介质层（4）由两种不同的材料交替重复构成，两者中间隔一层杂质层（3），介质层（2）、杂质层（3）、介质层（4）整体轴对称。

权利要求

1.一种用于超导介质谐振腔声子激光器的声子光栅，该声子光栅包括顺序排列的第一缓冲层（1）、第一介质层（2）、杂质层（3）、第二介质层（4）、第二缓冲层（5）；其中，第一缓冲层（1）和第二缓冲层（5）是声子光栅镶嵌在超导介质谐振腔声子激光器出射端时为切合声子激光器空隙尺寸以及防止第一介质层（2）、第二介质层（4）磨损而设，第一介质层（2）和第二介质层（4）是由两种不同的介质材料交替重复构成，第一介质层（2）和第二介质层（4）中间隔一层杂质层（3），第一介质层（2）、杂质层（3）、第二介质层（4）整体轴对称。

2.根据权利要求1所述的用于超导介质谐振腔声子激光器的声子光栅，其特征在于所述的第一缓冲层（1）、第二缓冲层（5）是一种铁氧体材料。

3.根据权利要求1所述的用于超导介质谐振腔声子激光器的声子光栅，其特征在于第一介质层（2）和第二介质层（4）使用的是环氧树脂和水交替重复形成的声子光栅，环氧树脂和水每层的厚度分别为声波在环氧树脂和水中的波长的 倍。

4.根据权利要求1所述的用于超导介质谐振腔声子激光器的声子光栅，其特征在于所述的第一介质层（2）和第二介质层（4）与杂质层（3）相接触的一层均是流体层，在第一介质层（2）中，声子激光先经过固体层，再进入流体层，依次重复，进入杂质层（3）前最后一层为流体层；在第二介质层（4）中，声子激光先经过流体层，再进入固体层，依次重复，进入第二缓冲层（5）前最后一层为固体层。

5.根据权利要求1所述的用于超导介质谐振腔声子激光器的声子光栅，其特征在于第一介质层（2）和第二介质层（4）中以一层固体和一层流体组成最基本的一个周期，第一介质层（2）和第二介质层（4）分别含有5个周期。

6.根据权利要求1所述的用于超导介质谐振腔声子激光器的声子光栅，其特征在于杂质层（3）为氧化镁固体，其厚度是声波在氧化镁中波长的 倍。

说明书

技术领域

本发明是一种声子光栅，主要用于超导介质谐振腔声子激光器，以达到调制声子激光的目的，涉及声子传输的技术领域。

背景技术

2009年6月，英国诺丁汉大学（TheUniversityofNottingham）的科学家与来自乌克兰的同行一起合作研发出了一种新型的声学激光器件，并命名为声子激光器[3]，传统激光器是由电磁振动（即光波）形成，而声子激光器是由声波振动的声子形成，它是声学意义上的激光，严格来说应该称为“激声”。声子激光器的发明引起了很多科学家的关注，他们认为声子激光器将在计算机运算、医疗成像和反恐安检等领域具有广泛的应用前景。

超导介质谐振腔声子激光器的结构类似于一个常规激光器[5]，它由超导介质谐振腔和泵浦源组成，泵浦源给超导增益介质提供电磁场能量，超导增益介质吸收能量并转化为声子，声子结合电子，以库珀对的形式实现粒子数反转，在超导增益介质中振荡的自由声子，产生比受激吸收更多的受激辐射，最终发射出来。

目前设计出的声子激光器线宽较宽，低频的声子激光器，其线宽达到100Hz左右，声子激光器的相位噪声也很高，从而限制了其在各个领域的应用。声子束从声子激光器中射出，会有一个或多个纵模产生，每个纵模的频率范围就是声子激光的线宽。声子激光的线宽由声子激光器内部的材料和结构决定，因此要得到窄线宽输出的声子激光器，一方面可以研究设计良好的结构，另一方面可以通过对出射的声子激光进行适当的调制得到。

根据理论和实验相结合，这种超导介质谐振腔声子激光器得到的激射频率为低频的27kHz，然而由于声子激光器的发展才刚刚起步，频率的线宽很难达到理想的程度，这种声子激光器线宽达到35.6Hz。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种声子光栅，主要用于超导介质谐振腔声子激光器，以达到调制声子激光的目的，声子激光经过声子光栅后，线宽变窄，单色性更好。

技术方案：为了开拓声子激光的应用范围，使声子激光拥有更窄的线宽以用于计算机运算、医疗成像、反恐安检等领域，我们提出了一种连接在超导介质谐振腔声子激光器出射端的声子光栅，使出射声子激光的线宽减小为1.97Hz，具有实际的应用价值。

本发明的用于超导介质谐振腔声子激光器的声子光栅包括顺序排列的第一缓冲层、第一介质层、杂质层、第二介质层、第二缓冲层；其中，第一缓冲层和第二缓冲层是声子光栅镶嵌在超导介质谐振腔声子激光器出射端时为切合声子激光器空隙尺寸以及防止第一介质层、第二介质层磨损而设，第一介质层和第二介质层是由两种不同的介质材料交替重复构成，第一介质层和第二介质层中间隔一层杂质层，第一介质层、杂质层、第二介质层整体轴对称。

所述的第一缓冲层、第二缓冲层是一种铁氧体材料。

第一介质层和第二介质层使用的是环氧树脂和水交替重复形成的声子光栅，环氧树脂和水每层的厚度分别为声波在环氧树脂和水中的波长的 倍。

所述的第一介质层和第二介质层与杂质层相接触的一层均是流体层，在第一介质层中，声子激光先经过固体层，再进入流体层，依次重复，进入杂质层前最后一层为流体层；在第二介质层中，声子激光先经过流体层，再进入固体层，依次重复，进入第二缓冲层前最后一层为固体层。

第一介质层和第二介质层中以一层固体和一层流体组成最基本的一个周期，第一介质层和第二介质层分别含有5个周期。

杂质层为氧化镁固体，其厚度是声波在氧化镁中波长的 倍。

有益效果：本发明提出的一种用于超导介质谐振腔声子激光器的声子光栅，主要用于超导介质谐振腔声子激光器，以达到调制声子激光的目的。沿x方向介质层中两种介质周期性分布，掺入的杂质取代其中一层环氧树脂，采用这种结构的声子光栅，在声子禁带中可以产生很窄的缺陷模，并且在缺陷模处，处在这个频率范围内的声子激光透射率很高，声子光栅有效地阻隔了在此频率之外的声子激光。使用环氧树脂和水作为基本介质，使用氧化镁作为掺入杂质，相比于使用其他材料，缺陷模宽度更小，对应声子激光的线宽更窄，达到1.94Hz。由于该结构的声子光栅具有实际应用的价值，可以为制作和生产提供可靠和方便。

附图说明

图1是超导介质谐振腔声子激光器的结构图。在出射端连接声子光栅，声子激光先进入缓冲层铁氧体材料，然后沿x方向穿透声子光栅，最终经过一层铁氧体材料之后出射。

图2为本发明声子光栅的结构图，图中有：第一缓冲层1、第一介质层2、杂质层3、第二介质层4、第二缓冲层5。信号光从缓冲层1的左端沿x轴正方向输入，缓冲层5的右端输出。

图3为本发明中声子激光透过声子光栅所产生的透射谱。

图4为声波在中心频率处的缺陷模。

具体实施方式

本发明提供的一种用于超导介质谐振腔声子激光器的声子光栅由缓冲层、介质层、杂质层构成。其中缓冲层是声子光栅镶嵌在超导介质谐振腔声子激光器出射端时为切合声子激光器空隙尺寸以及防止介质层磨损而设，介质层由两种不同的材料交替重复构成，两部分介质层中间隔一层杂质层，介质层和杂质层整体轴对称。

该声子光栅的缓冲层使用一种铁氧体材料。介质层使用的是固体和流体交替重复形成的声子光栅，固体和流体分别选用环氧树脂和水，厚度分别为声波在环氧树脂和水中的波长的 倍。杂质层使用氧化镁固体作为杂质，其厚度是声波在氧化镁中波长的 倍。一层固体和一层流体组成最基本的周期，该声子光栅杂质层前后各含有5个周期。

声子束从第一缓冲层1的左端输入，第二缓冲层5的右端输出。沿x轴分别经过第一介质层2、杂质层3、第二介质层4，介质层由环氧树脂和水交替重复组成，杂质层为氧化镁，具体参数为：环氧树脂的密度、纵波波速和横波波速分别为ρ₁=1300kg/m³，v_1l＝2800m/s，v_1t＝1100m/s；水的密度和纵波波速分别为ρ₂＝1000kg/m³，v_2l＝1488m/s；氧化镁的密度、纵波波速和横波波速分别为ρ₃＝1740kg/m³，v_3l＝5790m/s，v_3t＝3100m/s；铁氧体材料的密度、纵波波速和横波波速分别为ρ₀＝1180kg/m³，v_0l＝2670m/s，v_0t＝1120m/s。

本发明在左右两侧各引入了一个缓冲层，由于声子光栅的介质层厚度不能随意改变，且直接连接在声子激光器中容易引起磨损，缓冲层的引入不仅可以使得声子光栅与声子激光器更加匹配地连接，还可以防止介质层的磨损，介质层厚度的变化会直接影响到声子禁带特性和缺陷模特性。

本发明使用固体和流体交替重复的结构，流体介质中并不能传输声波的横波分量，通过计算将每一层固体介质中声波的横波分量用其纵波分量来表示。声子光栅在周期性结构中引入了杂质缺陷，使得声子禁带中产生缺陷模，通过比较使用不同的材料作为介质和杂质，最终通过计算得到使用环氧树脂和水作为介质、氧化镁作为杂质，声子禁带中缺陷模的宽度最小，调制声子激光的线宽最窄。

一种用于超导介质谐振腔声子激光器的声子光栅专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。