高平均功率飞秒光纤光学频率梳产生及其噪声特性的研究

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高功率高重复频率飞秒掺镱光纤激光频率梳的研究(特邀)

高功率高重复频率飞秒掺镱光纤激光频率梳的研究(特邀)

第48卷第1期红外与激光工程2019年1月Vo l.48No.1I nfrared and Laser Engineering J an.2019高功率高重复频率飞秒掺镱光纤激光频率梳的研究(特邀)孙敬华1,2,3,孙克雄2,林志芳2,孙继芬2,晋路2,徐永钊1(1.东莞理工学院电子工程与智能化学院,广东东莞523808;2.华中科技大学物理学院,湖北武汉430074;3.Institute of Photonics and Quantum Sciences,Heriot-Watt University,Edinburgh EH144AS,UK)摘要:飞秒光学频率梳在精密计量学和光谱学中扮演着革命性的推动角色,成为近二十年超短脉冲激光技术及应用研究领域最活跃的前沿方向之一。

文中基于250MHz重复频率(f r ep)的掺镱(Yb)光纤激光器,研究了不同腔内色散以及锁模机制对飞秒脉冲序列载波包络相位偏移频率(f C EO)噪声的影响。

通过对飞秒光梳细节的优化,得到了49dB信噪比的f C EO拍频信号并获得了秒稳3.2×10-10的锁定结果,同时f r ep的锁定结果也达到了到了秒稳3.4×10-13的精度。

此外文中还研究了不同啁啾状态的种子光飞秒脉冲对基于大模场面积双包层Yb光子晶体光纤放大器输出光脉冲宽度的影响。

以携带-3.8×104fs2预啁啾量的光脉冲作为种子光,在60W976nm半导体激光泵浦下,获得了250MHz重复频率、23W平均功率和66fs压缩后脉冲宽度的激光输出。

关键词:光学频率梳;光子晶体光纤放大器;超连续产生;频率锁定中图分类号:TN24文献标志码:A DOI:10.3788/IRLA201948.0103001High power high repetition rate femtosecond Ytterbium-dopedfiber laser frequency comb(invited)Su n Jinghua1,2,3,Sun Kexiong2,Lin Zhifang2,Sun Jifen2,Jin Lu2,Xu Yongzhao1(1.School of Electronic Engineering and Intelligentization,Dongguan University of Technology,Dongguan523808,China;2.School of Physics,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan430074,China;3.Institute of Photonics and Quantum Sciences,Heriot-Watt University,Edinburgh EH144AS,UK)Ab stract:Femtosecond optical frequency combs have introduced revolutionary promotions to precision optical spectroscopy and metrology,and have been hot topics of laser technologies and applications for two decades.In this article,the affects of intracavity dispersion and mode-locking mechanism on carrier-envelope phase slip frequency(f C EO)of femtosecond laser pulse trains were researched based on a femtosecond Ytterbium-doped fiber laser with250MHz repetition rate.By optimizing the intracavity dispersion,pumping power,and detection methods,49dB signal-noise-ratio f C EO be at signal was obtained which then was stabilized it to a stability of3.2×10-10i n1second,and a stability of 3.4×10-13(1s) of f r ep wa s also achieved.In addition,the effects of pulse chirping on the output pulse duration of a fiber amplifier was researched based on a piece of large-mode-area photonic crystal Yb doped fiber.Under收稿日期:2018-08-15;修订日期:2018-09-16基金项目:国家自然科学基金(11274133)作者简介:孙敬华(1974-),男,教授,主要从事飞秒激光、超快非线性频率变换和飞秒光学频率梳方面的研究。

《2024年高质量的光频梳产生及其在频率测量中的应用研究》范文

《2024年高质量的光频梳产生及其在频率测量中的应用研究》范文

《高质量的光频梳产生及其在频率测量中的应用研究》篇一一、引言随着科技的不断进步,光频梳(Optical Frequency Comb,简称OFC)在精密光谱、通信技术以及频率测量等领域得到了广泛的应用。

本文将主要探讨高质量的光频梳的产生原理、方法及其在频率测量中的应用研究。

二、光频梳的产生原理及方法光频梳是一种具有等间隔频率模式的光源,其产生原理主要基于激光器及非线性光学效应。

光频梳的产生方法主要包括基于锁模激光器、光纤光梳等。

其中,锁模激光器产生光频梳具有高稳定性、高相干性等特点,是产生高质量光频梳的重要手段。

(一)锁模激光器产生光频梳锁模激光器通过将多个模式激光的相位锁定,使其形成等间隔的频率模式,从而产生光频梳。

这种方法产生的光频梳具有高稳定性、高相干性等优点,被广泛应用于精密光谱、光学测量等领域。

(二)光纤光梳光纤光梳是一种基于光纤非线性效应的光频梳产生方法。

通过光纤中的四波混频、交叉相位调制等非线性效应,可以在光纤中形成光频梳。

该方法具有结构简单、成本低等优点,适用于大规模光通信网络和频率测量系统。

三、光频梳在频率测量中的应用光频梳在频率测量中具有极高的精度和稳定性,被广泛应用于微波信号的精确测量、光学频率标准以及天文学中的星体光谱分析等领域。

(一)微波信号的精确测量利用光频梳的等间隔频率模式,可以实现微波信号的精确测量。

通过将微波信号与光频梳进行混频、鉴相等操作,可以获得微波信号的精确频率值。

这种方法具有高精度、高分辨率等优点,被广泛应用于通信、雷达等领域。

(二)光学频率标准光频梳可以作为光学频率标准,实现高精度的光学频率测量。

通过将未知频率的光信号与光频梳进行拍频,可以得到未知光信号的准确频率值。

这种方法具有高精度、高稳定性等特点,被广泛应用于精密光谱学、量子信息等领域。

(三)天文学中的星体光谱分析光频梳还可以应用于天文学中的星体光谱分析。

通过将星体发射的光谱与已知的光频梳进行比对,可以获得星体光谱的精确频率信息,从而实现对星体的精确测量和性质分析。

《2024年高质量的光频梳产生及其在频率测量中的应用研究》范文

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《高质量的光频梳产生及其在频率测量中的应用研究》篇一一、引言光频梳(Optical Frequency Comb,OFC)技术是近年来光学领域的一项重要突破。

它通过激光器产生一系列等间隔的频率线,形成一个类似于无线电中的“梳子”的光谱图样。

光频梳的独特性能和优越性使得它在各种科学领域,特别是在频率测量中发挥着越来越重要的作用。

本文旨在深入探讨高质量光频梳的产生机制,并探讨其在频率测量中的应用。

二、高质量光频梳的产生(一)光频梳的基本原理光频梳的产生主要依赖于激光器的非线性效应和精确的频率控制技术。

通过光学谐振腔中的激光器产生多个模式,这些模式之间具有固定的频率间隔,从而形成光频梳。

(二)高质量光频梳的产生方法为了产生高质量的光频梳,需要采用高稳定性、低噪声的激光器和精确的频率控制技术。

此外,还需要对光学谐振腔进行精细的调整和优化,以获得最佳的频率间隔和模式纯度。

(三)实验装置与实验方法实验装置主要包括激光器、光学谐振腔、光电探测器等。

实验方法包括对激光器进行非线性调制、对光学谐振腔进行精确调整等步骤。

通过这些步骤,我们可以获得高质量的光频梳。

三、光频梳在频率测量中的应用(一)光频梳在光学频率测量的优势光频梳具有高稳定性、高精度和高分辨率的特点,使得它在光学频率测量中具有显著的优势。

它可以实现高精度的频率测量和校准,为各种光学实验提供了可靠的频率参考。

(二)光频梳在绝对频率测量中的应用通过将光频梳与待测频率进行比较,可以实现高精度的绝对频率测量。

这种方法在通信系统、天文观测、量子计算等领域具有重要的应用价值。

(三)光频梳在光学仪器中的应用光频梳还广泛应用于各种光学仪器中,如光谱仪、干涉仪等。

它可以提高仪器的测量精度和稳定性,为科学研究提供了有力的支持。

四、实验结果与讨论(一)实验结果通过实验,我们成功产生了高质量的光频梳,并实现了高精度的频率测量。

实验结果表明,光频梳的频率稳定性、精度和分辨率均达到了较高的水平。

光纤飞秒光学频率梳载波包络偏移频率锁定的实验研究

光纤飞秒光学频率梳载波包络偏移频率锁定的实验研究

s p r e a d i n g i n h i g h l y n o n l i n e a r f i b e r s .T h e c a r r i e r _ e n v e l o p e o f f s e t f r e q u e n c y( f 。 )i s e x t r a c t e d b y me a n s o f a l i n e a r f - 2 f i n t e r f e r o me t e r a n d l o c k e d t o a R u b i d i u m a t o mi c c l o c k . Th e o b s e r v e d s i g n a l — t o — n o i s e r a t i o o f{ i s 3 5 d B a n d
s up e r c on t i nu um m or e t ha n o ne oc t a ve i s o bt a i ne d a f t e r po we r a m pl i f i c a t i on, di s pe r s i on op t i mi z a t i o n a nd s p e c t r um

Th e s y s t e m c o n f i g u r a t i o n,wo r k i n g p r o c e s s a n d p e r f o r ma n c e p a r a me t e r s o f t h i s c o mb a r e d e s c r i b e d i n d e t a i l . A
s t e a d y o p e r a t i o n wi t h l o c k i n g t i me mo r e t h a n 1 2 h i S d e mo n s t r a t e d.

《2024年基于外调制器的光学频率梳产生及其在卫星通信中的应用》范文

《2024年基于外调制器的光学频率梳产生及其在卫星通信中的应用》范文

《基于外调制器的光学频率梳产生及其在卫星通信中的应用》篇一一、引言随着科技的发展,光学频率梳作为一种独特的光源,在各个领域中发挥着重要作用。

特别是在卫星通信领域,其高精度、高稳定性和高效率的特性使其成为关键技术之一。

本文将探讨基于外调制器的光学频率梳产生原理及其在卫星通信中的应用。

二、光学频率梳的产生光学频率梳的产生主要依赖于外调制技术。

外调制器是一种能够将电信号转换为光信号的设备,通过改变光波的相位、振幅或频率来实现调制。

在光学频率梳的产生过程中,外调制器的作用尤为重要。

首先,外调制器接收来自信号源的电信号,然后通过调制器内部的电光效应,将电信号转换为光信号。

在这个过程中,光信号的频率会随着电信号的变化而变化,从而产生一系列等间隔的光频梳齿。

这些梳齿的频率间隔是固定的,且具有很高的稳定性。

三、光学频率梳的特性光学频率梳具有高精度、高稳定性、高效率等优点。

首先,由于光学频率梳的梳齿间隔是固定的,因此可以实现对光信号的精确控制。

其次,由于光学频率梳的稳定性很高,因此可以保证在长时间的工作过程中,其性能不会发生明显的变化。

最后,光学频率梳的效率也很高,可以产生大量的光频梳齿,满足各种应用的需求。

四、光学频率梳在卫星通信中的应用1. 光纤传输:在卫星通信中,光纤传输是一种重要的传输方式。

光学频率梳的高精度和高稳定性使其成为光纤传输的理想光源。

通过使用光学频率梳作为光源,可以提高光纤传输的速率和可靠性。

2. 卫星导航:在卫星导航系统中,光学频率梳可以用于生成精确的时钟信号。

这些时钟信号可以用于校准卫星和地面接收设备的时间和频率,从而提高导航的精度和可靠性。

3. 星间通信:在星间通信中,由于距离遥远且环境复杂,需要使用高精度的光源来保证通信的可靠性和准确性。

光学频率梳由于其高精度和高稳定性的特点,非常适合用于星间通信系统。

4. 波分复用:光学频率梳的高频密度可以用于波分复用技术中,提高频谱利用率和传输容量。

飞秒光学频率梳

飞秒光学频率梳

飞秒光学频率梳什么是飞秒光学频率梳?飞秒光学频率梳(femtosecond optical frequency comb)是一种能够产生高精度、高稳定性的光学时钟信号的仪器,它可以将连续的激光光谱转换为离散的、均匀分布在频率轴上的线状谱,这些线状谱之间的间隔是固定的。

通过控制这些线状谱之间的间隔,飞秒光学频率梳可以产生高精度、高稳定性的微波和毫米波信号,被广泛应用于精密测量、频率合成、时间和空间标准等领域。

飞秒光学频率梳的原理飞秒光学频率梳利用了超快脉冲激光器发射出来的高重复频率脉冲序列,这些脉冲序列经过非线性效应作用后形成了一个离散且均匀分布在频域上的线状谱。

这个离散化后的谱称为“频率梳”,因为它类似于一把具有均匀刻度的调制器。

飞秒光学频率梳的应用1. 频率合成飞秒光学频率梳可以将一个单一的频率转换为多个精确的频率,从而实现频率合成。

这种技术被广泛应用于通信、雷达、卫星导航等领域。

2. 精密测量飞秒光学频率梳可以用于精密测量,例如测量光速、原子钟、引力波探测器等。

利用飞秒光学频率梳可以实现高精度的测量,具有极高的可靠性和稳定性。

3. 时间和空间标准飞秒光学频率梳可以作为时间和空间标准,例如国际计量单位制中的秒就是通过利用铯原子钟和飞秒光学频率梳来定义的。

4. 生物医学研究飞秒光学频率梳还可以应用于生物医学研究领域,例如通过利用飞秒光学频率梳进行拉曼光谱分析来检测人体组织中的化合物和分子。

总结飞秒光学频率梳是一种能够产生高精度、高稳定性的微波和毫米波信号的仪器,它可以广泛应用于精密测量、频率合成、时间和空间标准以及生物医学研究等领域。

飞秒光学频率梳的原理是利用超快脉冲激光器发射出来的高重复频率脉冲序列,通过非线性效应作用后形成离散且均匀分布在频域上的线状谱。

《2024年高质量的光频梳产生及其在频率测量中的应用研究》范文

《2024年高质量的光频梳产生及其在频率测量中的应用研究》范文

《高质量的光频梳产生及其在频率测量中的应用研究》篇一一、引言随着现代科学技术的不断发展,频率计量学与光子技术的结合愈发紧密。

其中,高质量的光频梳产生技术以及其应用成为了众多领域的研究热点。

光频梳作为一种具有高精度、高稳定性和高分辨率的频率源,在通信、光谱学、精密测量等领域发挥着重要作用。

本文将详细介绍高质量的光频梳产生技术及其在频率测量中的应用研究。

二、高质量光频梳的产生1. 光频梳的基本原理光频梳,又称光学频率梳或光梳,是一种具有等间隔频率的激光输出。

其基本原理是通过非线性光学效应将低频的激光信号转化为高频的激光信号,从而形成一系列等间隔的频率线。

这些频率线在频域上呈现出类似于“梳子”的形状,因此得名光频梳。

2. 产生高质量光频梳的技术(1) 非线性光学技术:利用非线性光学晶体,将输入的激光信号通过级联非线性过程进行频谱展宽,产生大量频率线,从而形成高质量的光频梳。

(2) 光学锁相技术:通过将多个光频梳线进行锁相,使它们具有相同的相位关系,从而提高光频梳的稳定性和精度。

(3) 优化设计:优化光频梳的谐振腔、激光器等关键部件的设计和参数,以提高光频梳的输出质量和稳定性。

三、光频梳在频率测量中的应用1. 光通信领域在光通信领域,光频梳作为一种高精度的频率源,被广泛应用于光纤传输中的波长/频率锁定和补偿系统。

通过将光频梳的输出作为参考信号,可以实现精确的波长/频率校准和调整,提高光纤通信系统的传输质量和效率。

2. 光谱学领域在光谱学领域,光频梳可被用于实现高分辨率的光谱分析。

利用光频梳产生的等间隔频率线作为参考信号,可以精确地测量和分析样品的吸收、发射等光谱特性,为科学研究提供有力支持。

3. 精密测量领域在精密测量领域,光频梳可用于高精度的测距和定位系统。

例如,将光频梳应用于光纤陀螺仪中,可实现高精度的角速度测量和定位功能;此外,光频梳还可用于气体成分和压力等物理量的高精度测量。

四、实验研究及结果分析本部分将详细介绍实验研究的过程及结果分析。

飞秒光学频率梳

飞秒光学频率梳

飞秒光学频率梳什么是飞秒光学频率梳?飞秒光学频率梳(femtosecond optical frequency comb)是一种用于测量光频率精度的工具。

它是通过将一束脉冲激光分成数以百万计的非常短的、均匀分布的光脉冲来实现的。

这些脉冲的频率之间存在固定的关系,就像音乐中的音阶一样。

因此,飞秒光学频率梳可以在光频率精度测量和时间标准等领域发挥重要作用。

飞秒光学频率梳的原理和构成飞秒光学频率梳的原理基于光学陷阱。

光学陷阱可以用来将光束分解成数个光子,然后将这些光子重新合并成新的光束。

在飞秒光学频率梳中,使用了一个脉冲激光和一个光学腔。

飞秒光学频率梳的构成包括以下几个部分:1.激光源:通常采用飞秒激光器来产生极短的激光脉冲。

2.光谱扩展:通过将激光脉冲经过一系列的非线性光学效应,可以将光的频率范围从几百纳米扩展至数千纳米。

3.光学腔:用于产生光学陷阱,将光束分解成多个光子,并重新合并成新的光束。

4.频率锁定:将光学频率梳的频率与已知的基准频率进行比较,从而实现频率的精确测量。

飞秒光学频率梳的应用领域由于飞秒光学频率梳可以提供非常高的光频率精度和稳定性,因此在许多科学和工程领域都得到了广泛的应用。

光谱分析飞秒光学频率梳可以用于精确测量光源的频率,并用于光谱分析。

这对于光源的标定和研究具有重要意义,特别是在高精度的应用中,如光纤通信和激光雷达。

时间测量由于飞秒光学频率梳具有非常高的时间分辨率,在时间测量中也得到了广泛的应用。

例如,在超快激光领域,飞秒光学频率梳可用于测量超快过程的时间尺度,如化学反应和电子运动。

光学频率标准飞秒光学频率梳可用作光学频率标准,提供非常高的频率精度和稳定性。

它可以用于校准其他光学频率源,并作为时间和频率测量的基准。

量子计量学飞秒光学频率梳在量子计量学中也有重要的应用。

它可以用于量子信息处理和量子通信等领域,为量子系统的精确测量和控制提供支持。

飞秒光学频率梳的发展和前景飞秒光学频率梳的概念最早由Theo Hänsch和John Hall提出,他们因此获得了2015年的诺贝尔物理学奖。

高重复频率高平均功率用钕玻璃研制取得重要进展

高重复频率高平均功率用钕玻璃研制取得重要进展

中国材料进展第29卷合材料自身的光学、理化等性质,有望在光子晶体、大分子吸附与分离以及催化等领域发挥重要的作用。

参考文献 R ef eren ce s[1]I m hof A,Pi n e D J.O rdered M acroporous M ateri als b y Em u l s i onT e mp lati ng[J].N ature,1997,389:948-951.[2]V el ev O D,Jede T A,Lobo R F,et a l.Porous S ilica via Co ll oidal C ryst a lliz ati on[J].Na t u re,1997,389:447-448.[3]J ud it h E G J,W ille m Vos L.P reparati on of Photon ic C rystalsM ade ofA ir Spheres i n T i tan ia[J].S cience,1998,281:802-804.[4]H oll and B T,B lan f ord C F,Stei n A.S yn t h es i s ofM acroporou sM i nera l s w ith H i gh l y Ordered T hree D i m en sional A rrays of Sphe ro i dalV oi d s[J].S cience,1998,281:538-540.[5]I mh ofA,Pine D J.Un ifor m M acroporous Cera m ics an d P l asti csby Em uls i on Te m p l ati ng[J].Ad v an ce d M ateri a ls,1998,10:697-700.[6]T ang F T,U ch i kos h iT,S akka Y.A Practi ca lTechn i que f or theFabricati on ofH i gh l y O rdered M acroporou s S truct u res of Inorgan i c Ox i des[J].M a te rials R esearc h Bu lletin,2006,41(2):268 -273.[7]Gund i ah G,Rao C N R.M acroporou s Ox i de M ateri als w it hTh ree D i m en si onall y Interconnected Pores[J].Solid S t a te S cie nces,2000,2(8):877-882.[8]W ang D,Caruso R A,Caru s o F.Syn thesis ofM acroporous T itan i a and Inorgan i c Co m pos i te M ateri a l s from Coated C olloi dal Sph eres a NovelRoute t o Tun e PoreM orphology[J].Ch e m ist ry of M a t eri a ls,2001,13(2):364-371.[9]L iS,Zheng J,YangW,et al.Prep arati on ofT hree D i m en sionall y O rdered M acroporou s Oxi d es by Co m b i n i ng Te m p l atingM et hod w it h So l Gel T echn i que[J].Ch e m ist ry L etters,2007,36(4): 542-543.[10]K uai S,Bad il escu S,B ader G,et a l.Preparation ofL arge A rea3D O rdered M acroporous T i tan ia F il m s b y S ilica C olloi dalC rystal Te m p l ati ng[J].Advance d M a t eri a ls,2003,15(1):73-75.[11]H oll and B T,B lan f ord C F,Do T,e t a l.S yn t hes i s of H igh l yOrdered,Th ree D i m en si ona,l M acroporous S tructures of Am or phous or C rystalli ne Inorgan ic Ox i des,Phosphat es,and H yb ri d Compos i tes[J].Che m istry of M a te rials,1999,11(3):795 -805.[12]D i on i g iC,Nozar P,D o m en ico D D,et a l.A S i m p l e Geo m etri calM odel for Emu ls i fi er Free Po l y m er C oll o i d For m ati on[J].J ourna l of Colloi d and Interfa c e S cie n ce,2004,275(2):445 -449.高重复频率高平均功率用钕玻璃研制取得重要进展2010年7月,中科院上海光学精密机械研究所胡丽丽课题组进行的高重复频率、高平均功率用钕玻璃研究取得了重要进展。

《2024年高质量的光频梳产生及其在频率测量中的应用研究》范文

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《高质量的光频梳产生及其在频率测量中的应用研究》篇一一、引言光频梳(Optical Frequency Comb,OFC)作为一种重要的光学技术,近年来在光通信、光谱学、时间频率标准等领域得到了广泛的应用。

本文旨在研究高质量光频梳的产生及其在频率测量中的应用。

首先,我们将对光频梳的基本原理和产生方法进行介绍,然后详细阐述其在实际应用中的优势和挑战,最后概述本文的研究目的和主要内容。

二、光频梳的基本原理与产生方法光频梳,即光谱中的一系列等间隔的光频谱线,类似电信领域中的无线梳子。

它的基本原理是利用激光器产生的光波经过非线性效应(如光学谐振腔内的四波混频)产生一系列等间隔的频率分量。

这些频率分量在光谱上形成一条条密集的谱线,构成光频梳。

目前,产生高质量光频梳的方法主要有两种:基于光学谐振腔的微腔光频梳和基于光纤技术的光纤光频梳。

微腔光频梳具有高稳定性、高重复性等优点,而光纤光频梳则具有灵活可调、易于集成等优势。

本文将主要研究基于光纤技术的光纤光频梳的生成及其性能优化。

三、高质量光频梳的产生与优化(一)光纤光频梳的产生光纤光频梳的产生主要通过光学谐波的相互作用,例如使用特定的光学调制器和光学放大器将低噪声的种子光通过光纤放大并利用四波混频等技术进行光谱结构的扩展,形成等间隔的光谱线。

同时,对调制器及放大器的性能进行优化,以降低噪声和提高信噪比。

(二)性能优化为了产生高质量的光频梳,需要从多个方面进行性能优化。

首先,优化光学调制器的参数,如调制深度和调制速率等,以获得更稳定的输出信号。

其次,优化光纤放大器的性能,提高放大过程中的稳定性,以减少噪声的产生。

此外,还需优化谐振腔的稳定性以及选择合适的泵浦源等。

通过这些优化措施,可以提高光频梳的信噪比、重复性等关键指标。

四、光频梳在频率测量中的应用(一)应用优势光频梳在频率测量中具有显著的优势。

首先,其具有高精度和高分辨率的特点,可以实现对频率的精确测量。

其次,由于光频梳的谱线间隔是可调的,因此可以根据需要调整测量的频率范围和精度。

《2024年高质量的光频梳产生及其在频率测量中的应用研究》范文

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《高质量的光频梳产生及其在频率测量中的应用研究》篇一一、引言光频梳(Optical Frequency Comb,OFC)作为一种重要的光学技术,在近年来得到了广泛的研究和应用。

其产生的高质量光频梳在频率测量、光谱分析、光学通信等领域具有广泛的应用前景。

本文旨在探讨高质量光频梳的产生原理及其在频率测量中的应用研究。

二、光频梳的产生原理光频梳的产生主要依赖于激光器及非线性光学效应。

激光器产生的高质量激光经过非线性介质,如晶体、光纤等,发生非线性效应,从而产生一系列等间隔的光频梳齿。

这些梳齿的频率间隔与激光器的重复频率有关,通过控制激光器的重复频率可以调整光频梳的间隔。

此外,利用特殊设计的光学滤波器和延迟干涉等技术可以进一步优化光频梳的谱形,使其更具有高分辨率和高质量的特性。

三、高质量光频梳的产生方法高质量的光频梳产生需要精确控制激光器的参数和选择合适的非线性介质。

常用的方法包括基于光纤技术的光频梳产生方法和基于微腔或光子晶体技术的光频梳产生方法。

其中,光纤技术因其高稳定性、高重复频率和易于集成等特点,在光频梳产生中得到了广泛应用。

而微腔或光子晶体技术则因其具有更高的非线性效应和更小的体积,在实现高精度的频率测量和光谱分析等方面具有潜在优势。

四、光频梳在频率测量中的应用光频梳在频率测量中具有广泛的应用。

首先,它可以作为高精度的频率源,为各种光学仪器提供准确的频率参考。

其次,利用光频梳的等间隔特性,可以实现高精度的光学信号处理和传输。

此外,通过将光频梳与微波技术相结合,可以实现微波与光学信号的相互转换,从而提高信号处理和测量的精度。

同时,随着光纤技术的快速发展,光频梳技术在远距离光纤通信、超短脉冲产生、卫星导航等领域也得到了广泛的应用。

五、研究进展与展望目前,光频梳的生成技术已经取得了重要的突破和进展,如采用微腔和光子晶体技术提高光频梳的质量和精度,实现高速的光谱分析等应用。

同时,在光频梳在频率测量领域的应用中,越来越多的研究成果证明了其在实现高精度和高效率测量中的巨大潜力。

飞秒光学频率梳高精度气体吸收光谱技术进展

飞秒光学频率梳高精度气体吸收光谱技术进展
2 0 1 3 0 4 0 9,修订日期 : 2 0 1 3 0 8 0 4 收稿日期 : ) 资助 6 1 2 0 5 1 4 7 基金项目 :国家自然科学基金青年科学基金项目 (
[ 3]
谱领域的相关技术 、研究进展和研究动向 。
1 飞秒光频梳气体吸收光谱测量技术
1 1 光频梳腔衰荡光谱
第3 第2期 光 谱 学 与 光 谱 分 析 4卷 , 2014 年 2 月 S e c t r o s c o n dS e c t r a lA n a l s i s p p ya p y
3 3 5 3 3 9 V o l . 3 4, N o . 2, p p , F e b r u a r 2 0 1 4 y
[8] 应过渡产物的识别 。T 测量了人体呼出气体吸收 h o r e等 1 p [ 1 7]
性 噪声 ,相对灵敏度修正为 1~2 之间 。与腔衰荡光频梳光谱 相同 ,纵模匹配亦是此技术的关键 。 在获得了探 测 信 号 之 后 需 要 分 离 出 不 同 波 长 的 吸 收 谱 ) 、 线 ,可以应 用 梳 齿 游 标 测 量 法 ( c o m bv e r n i e rs e c t r o m e t e r p ,V 虚拟成像相 位 阵 列 ( 或 v i r t u a l l m a e dp h a s e da r r a I P A) yi g y ) 傅里叶变换 ( 来完成 。 F o u r i e r t r a n s f o r m a t i o ns e c t r o m e t e r p 1 . 2 . 1 梳齿游标测量法 在梳 齿 游 标 测 量 法 中 ,光 频 梳 的 重 复 频 率 犳 r e p与 腔 的 自 ) 由光谱范围 F S R 满足式 ( 3 / ) / F S R= ( 犿 -1 犿 r e 犳 p ( ) 3 因此每 犿 个纵模才能透射出腔外 ,如图 2 所 示 。极 限 情 况下 ,与衍射 光 栅 配 合 可 以 直 接 探 测 到 每 个 纵 模 的 透 射 光 强 。一般情况下 ,通过调节腔长 或 扫 描 光 频 梳 的 重 复 频 率 可 获得不同的频谱分量 ,显然这种方法以牺 牲 数 据 采 集 时 间 为
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高平均功率飞秒光纤光学频率梳产生及其噪声特性的研究
基于飞秒锁模激光脉冲和高功率光纤放大技术发展的高功率光纤光学频率梳有望替代钛宝石光学频率梳,在精密光谱测量、时间频率计量和阿秒超快光学等领域具有重要的应用。

目前,高功率光纤光学频率梳的发展急需突破以下技术瓶颈:研究稳定的新型光纤锁模技术,降低激光脉冲的噪声,提升激光光源的稳定性;探索光纤超短脉冲放大的新技术,突破增益窄化、非线性效应和模式不稳定等限制,降低脉冲放大过程中非线性累积的相位噪声和强度噪声;发展高功率飞秒激光脉冲时频域控制技术,实现更高平均功率的光纤光学频率梳。

本论文以高平均功率飞秒光纤光学频率梳产生技术和噪声抑制为主题展开研究。

研究了光纤锁模技术和腔内噪声抑制技术,获得了超低噪声高重复频率飞秒激光脉冲;选用高增益大模场掺镱光纤,分别实现了超短脉冲激光的啁啾脉冲光纤放大和自相似脉冲光纤放大,抑制了飞秒激光脉冲高功率放大过程中引入的附加噪声;研制了高功率飞秒激光脉冲的时-频域控制系统,实现了两台低噪声高功率的飞秒光纤光学频率梳。

本论文具体研究内容和创新点概括如下:1.研制了基于非线性偏振旋转锁模的超低噪声的集成化光纤激光器。

通过合理设计腔型结构,结合腔内色散管理和泵浦优化,获得了脉冲宽度50fs,光谱宽度50nm超短激光脉冲,激光脉冲重复频率提升到500MHz。

采用谐波锁模技术,获得重复频率为1GHz的稳定的谐波锁模脉冲输出;综合抑制泵浦噪声、色散噪声和环境噪声,实验中大幅度地降低了激光种子源的相位和强度噪声,获得了1Hz-10MHz内累计相位噪声和累计强度噪声仅为1.6mrad和0.085%的超低噪声飞秒激光脉冲,是目前文献报道的最低自由运转噪声的1GHz光纤飞秒锁模激光器。

2.通过理论计算和实验研究,深入研究了高功率啁啾脉冲光纤放大器中脉冲时频域演化过程。

计算模拟了脉冲展宽、增益窄化、自相位调制以及受激拉曼散射等过程对啁啾脉冲光纤放大器输出脉冲的影响,优化了放大噪声抑制技术,设计了高功率棱栅高阶色散压缩器,发展了高平均功率低噪声啁啾脉冲光纤放大技术,获得了250MHz,132W,180fs的高平均功率的傅里叶变换极限脉冲。

为了进一步压缩高功率光学频率梳的脉冲宽度,发展了高平均功率低噪声自相似脉冲光纤放大技术,输出光谱在非线性放大过程中得到展宽,获得了覆盖1000-1100nm的脉冲输出光
谱,克服了增益窄化效应对压缩后脉冲宽度的制约,将平均功率为109W的放大脉冲的时间宽度压缩至42fs,是目前报道的高重复频率、百瓦量级飞秒脉冲非线性放大获得的最短脉冲宽度。

3.研制了高功率飞秒脉冲时频域控制系统,实现了高平均功率飞秒脉冲的重复频率f<sub>r</sub>和载波包络相位偏移频率
f<sub>0</sub>的锁定控制。

利用低噪声探测和锁相环技术,实现了自相似光纤放大脉冲的f<sub>r</sub>和f<sub>0</sub>锁定,锁定的f<sub>r</sub>和
f<sub>0</sub>频率标准差仅1.32和0.94mHz,长时稳定性为8.6×
10<sup>-13</sup>和9.7×10<sup>-13</sup>,获得了109W,42fs高功率宽波段光纤光频梳,首次实现了基于自相似脉冲放大的高功率光频梳。

4.开展了基于高功率近红外飞秒脉冲的非线性频谱拓展实验研究。

基于自相似脉冲放大产生的宽光谱飞秒光学频率梳,利用非线性二倍频系统,实现了平均功率近9W的505-555nm可调谐光频梳输出;利用非线性四倍频系统,实现了平均功率1W以上的253.6-27
5.0nm可调谐紫外光频梳输出。

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