基于飞秒光纤激光差频产生的远红外光梳关键技术研究

发布时间：2020-04-17 19:51

【摘要】：中远红外光梳在光频计量、精密激光光谱和相干检测等领域具有重要应用。目前人们已提出多种获得中远红外光梳的方案,其中差频产生(DFG)方法由于可自动消除来自于同一台锁模激光器的双色脉冲差频后的载波包络偏移频率,倍受人们重视。随着光纤激光器的发展,锁模光纤激光器由于结构简单、紧凑,且易于维护等优点,成为了用来产生DFG红外光梳的首选。本论文研究基于锁模光纤激光器的差频产生(DFG)中远红外光梳的关键理论和技术,具体内容主要包括以下几个方面:第一,基于差频产生基本理论,研究了脉冲在非线性介质中相互作用行为,通过对DFG相位匹配和接受带宽的理论分析,研究了基于典型非线性晶体的DFG相位匹配特性;从飞秒脉冲的光整流原理出发,研究了 DFG所需的双色脉冲的产生关键技术,包括飞秒锁模脉冲产生、飞秒脉冲光纤放大和高非线性光纤超连续谱产生;第二,提出了一种基于飞秒锁模光纤激光器的DFG红外光梳设计方案。经啁啾脉冲放大链路和负色散高非线性光纤产生的超连续谱,获取了满足DFG红外光梳要求的基频双色脉冲;通过在光纤链路加入低色散单模光纤和空间光路中加入可调光延迟线的方法,实现了双色飞秒脉冲间的精确时间同步。在此基础上,经GaSe晶体差频获得了可在6-10 μm范围内调谐,且最大带宽达1.3μm的红外光梳。第三,研究了基频双色脉冲啁啾和脉宽以及偏振对DFG光梳带宽的影响,提出了一种宽带可调谐的全保偏DFG红外光梳设计方法。通过采用全保偏光纤非线性脉冲放大方案,获得了弱啁啾且脉冲极窄的双色基频脉冲,经GaSe晶体差频获得了最大带宽达2 μm的DFG红外光梳,其带宽接近晶体的理论接受带宽,这是迄今为止获得的带宽最宽的光纤型DFG红外光梳;通过改变光纤放大器的泵浦功率分别调节泵浦和信号脉冲的啁啾量和脉宽,实验研究了啁啾和脉宽对于差频带宽的影响行为。研究表明,抑制泵浦脉冲啁啾的大小是获得宽带DFG光梳的关键。不仅如此,仅改变相位匹配角及延迟线即可获得宽带可调谐DFG红外光梳。以上研究结果对于设计研制紧凑、稳定的宽带DFG红外光梳以满足光频计量、精密光谱分析、、大气环境监测等领域的应用需求具有重要参考价值。
【图文】：

时域,光学,锁模脉冲序列,锁模激光器

第一章绪论逡逑光学频率梳概述逡逑学频率梳（ｏｐｔｉｃａｌ邋ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋ｃｏｍｂ，ＯＦＣ），简称光梳，本质上是频率的锁模脉冲激光光源，其通常包含几百万根具有相同间隔的频率梳齿线现光学频率与微波频率的直接连接，即将光学频率溯源至微波频率标准现高精度的光学频率计量［１］。迄今，基于飞秒锁模激光器、单频连续激或相位调制以及微型谐振腔的克尔效应均可产生光梳［２＿４］，，其中，基于激光的光学频率梳研宄开展得最为系统深入，其影响和应用也最为广泛我们这里主要讨论的是这一类光梳。逡逑（ａ）逡逑

差频,光参量振荡,克尔,微腔

（ＯＰＯ）邋［２９］获得中远红外光梳的途径外，为满足更广泛的应用需求，近年来人逡逑们又发展出了基于锁模激光器、量子级联激光器（ＱＣＬ）、克尔微腔的直接产生逡逑中远红外光梳的方法［３Ｑ＿３３］。图１．５所示为对应的各种方法或技术，其中基于量子逡逑级联激光器的中远红外光梳的产生原理和克尔微腔类似。逡逑＊邋Ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ逦ｂ邋ＤｉＰｅｆｅｎｃｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋ｇｅｎｅｒａｔｉｃｗ逡逑＝逡逑｜邋｜逦＾邋ｒｒ＿逡逑舍逦ｌｌｌｉ邋ｆｆｌｉＵ；；逡逑！逦－Ｔｕｓ．，逦ｉｆ逦Ｉ邋Ｉ逦ｐ逦Ｉ邋１逡逑Nｊｉ逦ａ＝ｔｎｉ逡逑Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ逦ｆ邋ｒｅｑｕｅｎｃｙ逦Ｆｒｅｔ＾Ｊｅｎｃｙ逦Ｆｒｅｔｊｕｅｏｃｙ逡逑？邋Ｏｐｔｋａｉ邋ｐａｆａｍｒｔｎｃ邋ｏｓｃｉｌｉａｔｉｃｍ逦ｄ邋Ｋｅ－ｒ邋ｃｏｍｂ邋ｇｅｎｃｒａｌｔｏｏ逡逑１逦…押逦１邋Ｉ逦！逦．．．．．．＃—邋ｉｌｌ逡逑１—＾＝：邋ｉＵ邋Ａ邋１逦．ｉｉｌｌｉ．逡逑Ｆｒｅｑｕｅｏｃｙ逦Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ逦ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋……Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ逡逑图１．５邋（ａ）锁模激光器；（ｂ）差频产生；（ｃ）光参量振荡；（ｄ）克尔微腔［３４］逡逑＿差频产生技术逡逑差频产生本质上是一个三波混频过程，其具体过程是当能量较高的高频光逡逑（泵浦光）和能量较低的低频光（信号光）同时入射到非线性晶体时，在满足相逡逑位匹配条件的情况下，会产生另一种低频光（闲频光）。逡逑由于差频技术可自动消除来自于同一台锁模激光器的双色基频脉冲差频后逡逑的载波包络偏移频率［３５］，只需对激光器的重复频率进行锁定即可获得稳定的中逡逑远红外光梳
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN24

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