本发明属于天文光子学领域，具体涉及一种基于塑料光子晶体光纤预制棒的嵌入式光纤灯笼。
背景技术：
由于空间探测器的有效面积较小，而高能宇宙线粒子流量又很小，科学家们通常采用地面方式间接观测高能宇宙线。常用的地面宇宙线探测技术包括大气切伦科夫光望远镜、大气荧光望远镜、地面粒子探测器阵列、水切伦科夫探测器等。水切伦科夫探测器结合了大气切伦科夫望远镜的低能阈值和地面粒子探测器阵列的大视场、高工作周期等优点，已广泛应用在γ射线天文、宇宙线探测以及中微子探测等前沿物理研究领域中，水切伦科夫探测器的探测原理是当相对论性带电粒子穿过纯水或净水时的速度大于光在水中的相速度时,会发出水切伦科夫光,我们用光电倍增管来收集切伦科夫光。对于高能射线来说，因为粒子的能量较多，高能粒子进入到探测器以后不仅行程长，而且还会发生二次簇射，从而产生更多数量的新粒子，新粒子的数目与入射粒子的能量成正比,此时通过测定探测器中产生的水切伦科夫光,就可以测定入射粒子数目及其总能量，从而达到了监测高能宇宙线粒子的数量和能量的目的。用于高能射线成像的灵敏探测器件中，较为常用的探测器有闪烁体探测器或半导体探测器。
其中闪烁体探测器主要由闪烁体、光波导或光纤、光电转换器组成，其中光波导或光纤主要用于收集闪烁体产生的光子，光电转换器用于将光子转换成电子，最终输出电信号给计算机。
塑料闪烁光纤是一种兼有射线探测和光信号传输功能的元件，用它做成的探测器具有空间分辨率高、时间分辨率好、抗辐照等优点，而且因为主要成分是塑料，所以可以弯曲成不同的形状，延伸到空间任意位置，而且塑料闪烁光纤在受到高能辐射时会发出可见光或红外光的荧光信号，在高能粒子探测中被广泛运用。但是，塑料闪烁光纤在传输光信号时具有严重的能量衰减，如果在水切伦科夫探测器中用这种光纤进行远距离传输，收集到的光信号将很微弱。因此需要一种能够将塑料闪烁光纤中的光信号收集起来的装置，继而通过此装置把汇集的光信号传输到几乎没有能量衰减的白光纤中，再由白光纤把光信号输送到远处的光电探测器。
王维彪和徐迈在发明专利《一种聚合物光子晶体光纤的制备方法及其光纤》(公开号为cn1542472a)中公开了一种聚合物光子晶体光纤的制备方法技术方案，他们选取高折射率的物质制作聚合物空心圆棒，将制作好的聚合物空心圆棒拉伸成毛细管，再将毛细管堆积成规则均匀排列的六边形体，制备成空心或者实心结构聚合物光子晶体光纤预制棒，进一步拉制成光子晶体光纤。
光子晶体光纤的空气孔排布灵活性较强,可以通过设计不同包层空气孔排列的光子晶体光纤的结构，来改变其传输光的特性。基于光子晶体的特殊光学性质，本发明提出了一种基于塑料光子晶体光纤预制棒的嵌入式光纤灯笼。把多根去掉外包层的塑料闪烁光纤插进塑料光子晶体光纤预制棒的靠中央的多个孔洞中，多个塑料闪烁光纤去掉包层以后的纤芯部分的整体等效折射率大于塑料闪烁光纤周围的多个空气孔的等效折射率，这种结构能够限制光束的传输，并将能量集中在塑料光子晶体光纤预制棒的中央部分。再对此塑料光子晶体光纤预制棒进行光纤拉锥，把塑料闪烁光纤中的光信号集中到塑料光子晶体光纤预制棒拉锥部分的光纤汇聚端的纤芯部分，并和能量衰减非常小的白光纤相连接，由白光纤把光信号传输到远处的光电探测器。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于塑料光子晶体光纤预制棒的嵌入式光纤灯笼，该光纤灯笼利用了光子晶体光学的特殊传光性质，能够将在能量衰减严重的塑料闪烁光纤1中传输的光信号汇聚到拉锥部分，再与能量衰减非常小的白光纤5相连接，继而将光信号输送给远处的光电探测器6。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于塑料光子晶体光纤预制棒的嵌入式光纤灯笼，所述的多个塑料闪烁光纤1去掉包层的部分嵌入进一个具有周期性空气孔的塑料光子晶体光纤预制棒2的靠中央的多个孔洞中，多个塑料闪烁光纤1没有去掉包层的部分从塑料光子晶体光纤预制棒2的其中一端的靠中央的多个孔洞中延伸出来并接收和传输光信号，塑料光子晶体光纤预制棒2的另一端经过光纤拉锥装置8拉锥以后，拉锥部分的直径变小，拉锥以后的塑料光子晶体光纤预制棒2和白光纤5连接，塑料光子晶体光纤预制棒2拉锥部分的光纤汇聚端的塑料闪烁光纤1部分为光纤汇聚端的等效纤芯部分，光纤汇聚端的等效纤芯3直径等于白光纤5的纤芯直径，光纤汇聚端的空气孔2-1部分为光纤汇聚端的等效包层部分，白光纤5的另一端和光电探测器6相连，光电探测器6的另一端和信息处理系统7相连。
所述的塑料光子晶体光纤预制棒2包括多个空气孔2-1和一个外包层2-2。
所述的塑料闪烁光纤1去掉包层部分的光纤长度等于塑料光子晶体光纤预制棒2的长度。
所述的塑料闪烁光纤1去掉包层以后的纤芯部分的整体等效折射率大于塑料闪烁光纤1周围的多个空气孔2-1的等效折射率。
所述的位于塑料光子晶体光纤预制棒2内部的去掉包层的塑料闪烁光纤1的光纤排列方式不固定，塑料光子晶体光纤预制棒2的空气孔的排列方式不固定。
所述的光纤拉锥装置8将嵌有多个去掉包层的塑料闪烁光纤1的具有周期性空气孔的塑料光子晶体光纤预制棒2的其中一端的一部分进行拉锥以后，拉锥区的光纤锥的形状不固定，包括缓锥形状和陡锥形状。
所述的白光纤5为单模光纤。
所述的嵌入到具有周期性空气孔的塑料光子晶体光纤预制棒2中的多个塑料闪烁光纤1的光纤参数相同。
所述的光纤汇聚端的等效包层4直径等于白光纤5的包层直径。
本发明的有益效果在于：本发明实现简单、结构灵活，解决了传统塑料光纤1传输光信号时，信号损失量非常大、传输距离短的问题，通过将塑料闪烁光纤1嵌入塑料光子晶体光纤预制棒2中，只要将光纤嵌入到塑料光子晶体光纤预制棒2的靠近中央的孔洞中，就可实现对光束的限制以及传输，还可以根据实际需求制成不同形状纤芯的光纤灯笼，最终实现将多根塑料闪烁光纤1汇集成一根光纤，与能量衰减可忽略不计的白光纤5连接，最终实现了塑料闪烁光纤1的光信号的长距离传输，此外本发明不仅能够在陆地上，还能够在水下收集光信号，所以可以用于水切伦科夫探测器中。
附图说明
图1为嵌入7根去掉包层的塑料闪烁光纤以后的基于塑料光子晶体光纤预制棒的嵌入式光纤灯笼的立体图；
图2为嵌入7根去掉包层的塑料闪烁光纤以后的中间为实心的光子晶体光纤预制棒横截面结构示意图；
图3为嵌入6根去掉包层的塑料闪烁光纤以后的中间为空心的光子晶体光纤预制棒横截面结构示意图；
图4为嵌入4根去掉包层的塑料闪烁光纤以后的中间为实心的光子晶体光纤预制棒横截面结构示意图；
图5为嵌入3根去掉包层的塑料闪烁光纤以后的中间为空心的光子晶体光纤预制棒横截面结构示意图；
图6为嵌入7根去掉包层的塑料闪烁光纤，在塑料光子晶体光纤预制棒拉锥部分的光纤汇聚端横截面结构示意图；
图7为装置整体结构示意图；
具体实施方式：
下面结合附图1-7对本发明做进一步的描述：
实施例1
本发明涉及一种基于塑料光子晶体光纤预制棒的嵌入式光纤灯笼，装置包括塑料闪烁光纤1、塑料光子晶体光纤预制棒2、塑料光子晶体光纤预制棒2拉锥部分的光纤汇聚端的纤芯3、塑料光子晶体光纤预制棒2拉锥部分的光纤汇聚端的包层4、白光纤5、光电探测器6、信息处理系统7和光纤拉锥装置8。
所述的多个塑料闪烁光纤1去掉包层的部分嵌入进一个具有周期性空气孔的塑料光子晶体光纤预制棒2的靠中央的多个孔洞中，多个塑料闪烁光纤1没有去掉包层的部分从塑料光子晶体光纤预制棒2的其中一端的靠中央的多个孔洞中延伸出来并接收和传输光信号，塑料光子晶体光纤预制棒2的另一端经过光纤拉锥装置8拉锥以后，拉锥部分的直径变小，拉锥以后的塑料光子晶体光纤预制棒2和白光纤5连接，塑料光子晶体光纤预制棒2拉锥部分的光纤汇聚端的塑料闪烁光纤1部分为光纤汇聚端的等效纤芯部分，光纤汇聚端的等效纤芯3直径等于白光纤5的纤芯直径，光纤汇聚端的空气孔2-1部分为光纤汇聚端的等效包层部分，光纤汇聚端的等效包层4直径等于白光纤5的包层直径，白光纤5的另一端和光电探测器6相连，光电探测器6的另一端和信息处理系统7相连。
塑料光子晶体光纤预制棒2包括多个空气孔2-1和外包层2-2，外包层2-2的作用是能减小光信号的损耗。
塑料闪烁光纤1去掉包层以后的纤芯部分的整体等效折射率大于塑料闪烁光纤1周围的多个空气孔2-1的等效折射率。
塑料闪烁光纤1去掉包层部分的光纤长度等于塑料光子晶体光纤预制棒2的长度。
位于塑料光子晶体光纤预制棒2内部的去掉包层的塑料闪烁光纤1的光纤排列方式不固定，塑料光子晶体光纤预制棒2的空气孔2-1的排列方式不固定，当空气孔2-1和塑料闪烁光纤1的排列方式发生变化时，光的传输方式也会发生变化。
光纤拉锥装置8将嵌有多个塑料闪烁光纤1的具有周期性空气孔的塑料光子晶体光纤预制棒2的其中一端的一部分进行拉锥以后，拉锥区的光纤锥的形状不固定，包括缓锥形状和陡锥形状，拉锥的主要目的是为了将嵌有多个塑料闪烁光纤1的具有周期性空气孔的塑料光子晶体光纤预制棒2中的光尽可能多地传输给白光纤5，所以需要二者的等效纤芯直径相同，在本发明中采用拉锥的方法，而且拉锥以后光能量会更多地会聚在塑料光子晶体光纤预制棒2拉锥部分的光纤汇聚端的纤芯3处。
嵌入到具有周期性空气孔的塑料光子晶体光纤预制棒2中的多个塑料闪烁光纤1的光纤参数相同。
一种基于塑料光子晶体光纤预制棒的嵌入式光纤灯笼的具体制作步骤为：
步骤1.选择一定数量的、参数相同的塑料闪烁光纤1，剥去它们的外包层。如图2-5所示，塑料闪烁光纤1的数量可以为7、6、4、3，光纤的排列方式也不固定。
步骤2.多个塑料闪烁光纤1没有去掉包层的部分从塑料光子晶体光纤预制棒2的其中一端的靠中央的多个孔洞中延伸出来并接收和传输光信号，然后将去掉包层的塑料闪烁光纤1插入具有周期性空气孔的塑料光子晶体光纤预制棒2的靠近中央的孔洞中，准备进行拉锥。
步骤3.利用光纤拉锥装置8对嵌入塑料闪烁光纤1的具有周期性空气孔的塑料光子晶体光纤预制棒2进行拉锥，塑料光子晶体光纤预制棒2拉锥部分的光纤汇聚端的等效纤芯3直径等于白光纤5的纤芯直径，塑料光子晶体光纤预制棒2拉锥部分的光纤汇聚端的等效包层4直径等于白光纤5的包层直径
步骤4.塑料闪烁光纤1去掉包层部分全部嵌入进一个具有周期性空气孔的塑料光子晶体光纤预制棒2的靠中央的多个空气孔2-1中，塑料闪烁光纤1没有去掉包层的部分接收光信号，拉锥以后的塑料光子晶体光纤预制棒2和白光纤5连接，将光信号传送给白光纤5。
步骤5.将白光纤5与光电探测器6相连，光电探测器6收集数据，光电探测器6和信息处理系统7相连，信息处理系统7对光电探测器6收集到的数据进行数据处理和分析。
实施例2
本发明公开了一种基于塑料光子晶体光纤预制棒的嵌入式光纤灯笼，可应用于天文光子学领域。本发明所述的塑料光子晶体光纤预制棒嵌入式光纤灯笼是将多根塑料闪烁光纤1去掉外包层后，插入具有周期性孔洞的塑料光子晶体光纤预制棒2靠中央的孔洞中，再利用光纤拉锥装置8对其进行拉锥，从而把该光纤灯笼制作成一端为多根光纤、另一端为光纤汇聚端的光纤连接器，可用于水切伦科夫探测。其中，拉锥以后的塑料光子晶体光纤预制棒2和白光纤5连接，实现对光的传输。本发明制作简单、结构灵活，预制棒的空气孔2-1的排列方式多样，嵌入进塑料光子晶体光纤预制棒2中的塑料闪烁光纤1的排列方式也多样，因此还可根据实际需求将光纤嵌入到不同的空气孔2-1中，制成不同形状的纤芯结构，有利于光束的传输。
本发明提出一种实现简单、结构灵活的基于塑料光子晶体光纤预制棒的嵌入式光纤灯笼，能够将本来能量衰减严重的塑料闪烁光纤1中传输的光信号传输给能量衰减非常小的白光纤5，继而将光信号输送到远处的光电探测器6，本发明可应用于水切伦科夫探测器中。
本发明为一种塑料光子晶体光纤预制棒嵌入式光纤灯笼，将多根塑料闪烁光纤1去掉外包层后，去掉包层的塑料闪烁光纤1嵌入具有周期性空气孔的塑料光子晶体光纤预制棒2中，由于预制棒本身含有规则的空气孔2-1排列顺序，将多根塑料闪烁光纤1的去掉包层的部分嵌入到靠近中央的孔洞中，塑料闪烁光纤1去掉包层以后的纤芯部分的整体等效折射率大于塑料闪烁光纤1周围的多个空气孔2-1的等效折射率，光线在其内部传输时能够发生全反射，这种结构可以限制光束的传输，并将能量集中在塑料光子晶体光纤预制棒2的等效纤芯部分。而后再利用光纤拉锥装置8对嵌有多个去掉包层的塑料闪烁光纤1的具有周期性空气孔的塑料光子晶体光纤预制棒2进行拉锥，从而把此塑料光子晶体光纤预制棒2制作成一端为多根光纤、另一端为光纤汇聚端结构的光纤连接器。其中，去掉包层的塑料闪烁光纤1的部分成为光纤汇聚端的等效纤芯3，而没有插入塑料闪烁光纤1的周围空气孔2-1成为光纤汇聚端的等效包层4，实现对光的传输。将制成的基于塑料光子晶体光纤预制棒的嵌入式光纤灯笼的多根光纤端的汇聚端与能量衰减非常小的白光纤5连接，实现把光信号收集起来并传输到远处的光电探测器6中的功能。此外，本发明基于塑料光子晶体光纤预制棒2的嵌入式光纤灯笼可适用于水下，应用于水切伦科夫探测器中。
本发明实现简单、结构灵活，利用把塑料闪烁光纤1嵌入塑料光子晶体光纤预制棒2的方法，只要将去掉包层的塑料闪烁光纤1嵌入到靠近中央的孔洞中，就可实现对光束的限制以及传输，还可以根据实际需求制成不同形状纤芯的光纤灯笼，最终实现将多根塑料闪烁光纤1汇集成一根光纤，且能够在水下收集光信号。
步骤1.选择一定数量的、参数相同的塑料闪烁光纤1，剥去它们的外包层。如图2-5所示，塑料闪烁光纤1的数量可以为7、6、4、3，光纤的排列方式也不固定。
步骤2.多个塑料闪烁光纤1没有去掉包层的部分从塑料光子晶体光纤预制棒2的其中一端的靠中央的多个孔洞中延伸出来并接收和传输光信号，然后将去掉包层的塑料闪烁光纤1插入具有周期性空气孔的塑料光子晶体光纤预制棒2的靠近中央的孔洞中，准备进行拉锥。
步骤3.利用光纤拉锥装置8对嵌入塑料闪烁光纤1的具有周期性空气孔的塑料光子晶体光纤预制棒2进行拉锥，塑料光子晶体光纤预制棒2拉锥部分的光纤汇聚端的等效纤芯3直径等于白光纤5的纤芯直径，塑料光子晶体光纤预制棒2拉锥部分的光纤汇聚端的等效包层4直径等于白光纤5的包层直径
步骤4.塑料闪烁光纤1去掉包层部分全部嵌入进一个具有周期性空气孔的塑料光子晶体光纤预制棒2的靠中央的多个空气孔2-1中，塑料闪烁光纤1没有去掉包层的部分接收光信号，拉锥以后的塑料光子晶体光纤预制棒2和白光纤5连接，将光信号传送给白光纤5。
步骤5.将白光纤5与光电探测器6相连，光电探测器6收集数据，光电探测器6和信息处理系统7相连，信息处理系统7对光电探测器6收集到的数据进行数据处理和分析。
这里必须指出的是，本发明中给出的其他未说明的结构因为都是本领域的公知结构，根据本发明所述的名称或功能，本领域技术人员就能够找到相关记载的文献，因此未做进一步说明。本方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术。