光纤激光频率梳关键技术的研究
发布时间：2021-05-16 21:39
作为20世纪最伟大的发明之一,由频率控制的锁模激光所产生的光学频率梳在光频计量、光原子钟与时频传递、精密相干测量等领域具有重要应用。光纤激光频率梳结构简单、成本低且易于维护,是近年来的研究重点。本论文着重于光纤激光频率梳的关键理论和技术。从理论和实验方面对光纤激光频率梳开展了研究,主要内容包括:第一,基于脉冲在光纤色散非线性传输所满足的非线性薛定谔方程（NLSE）和广义非线性薛定谔方程（GNLSE）,研究了锁模光纤激光脉冲特性、啁啾脉冲光纤放大技术和高非线性光纤超连续谱的产生技术;基于Master方程微扰理论,研究了重复频率和偏移频率的传递函数;利用固定点模型,分析了光纤激光频率梳的噪声特性和反馈机制,并提出了噪声抑制方法与实现途径;第二,提出了一种基于飞秒光纤激光器的光频率梳设计方案。设计与研制出脉冲宽度55 fs、重复频率210 MHz的色散管理孤子锁模掺铒光纤激光器,优化设计了啁啾脉冲光纤放大链路,由负色散高非线性光纤产生了频率范围1080～2320 nm的倍频程超连续谱,经f-2f自差拍检测出信噪比达32 dB的载波包络偏移频率;论证了基于P-I电路的PLL的长期稳定的优越性,...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 光学频率梳概述
1.2 光学频率梳的类型与应用
1.2.1 射频锁定和光频锁定光梳
1.2.2 光梳的应用
1.2.2.1 光学频率计量
1.2.2.2 精密激光光谱学
1.2.2.3 低噪声微波产生
1.2.2.4 天文测量和空间科学
1.3 光纤激光频率梳的研究现状
1.4 本论文主要工作
第二章 光纤激光飞秒脉冲产生和调控
2.1 脉冲光纤传输基本理论
2.1.1 NLSE和GNLSE
2.2 锁模光纤激光脉冲的产生
2.2.1 非线性偏振旋转锁模
2.2.2 锁模光纤激光脉冲
2.2.2.1 孤子锁模和色散管理孤子锁模
2.3 啁啾脉冲光纤放大
2.4 超连续谱的产生
第三章 光纤激光频率梳噪声理论与反馈机制
3.1 噪声与功率谱密度
3.2 锁模光纤激光振荡器噪声理论和反馈机制
3.2.1 Master方程微扰理论与传递函数
3.2.2 固定点理论
3.2.3 锁模光纤激光器噪声
3.2.3.1 腔长噪声
3.2.3.2 泵浦噪声
3.2.3.3 损耗噪声
3.2.3.4 自发辐射(ASE)噪声
3.2.4 反馈机制与抑制噪声
3.3 光纤放大和超连续谱产生的噪声理论与抑制技术
第四章 光纤激光频率梳的设计与研制
4.1 结构设计与锁定方案
4.2 飞秒光纤激光振荡器
4.3 CPA链路和倍频程超连续谱(SC)产生
4.4 f-2f自差拍系统和载波包络偏移频率
4.5 光纤激光频率梳噪声抑制实验研究
4.5.1 被动抑制技术研究
4.5.2 光纤激光频率梳锁定技术研究
4.5.2.1 锁相环技术
4.5.2.2 锁定环路实验设计
4.5.2.3 锁定结果与分析
4.6 光纤激光频率梳的指标评估
第五章 基于双倍周期锁模的光纤激光频率梳
5.1 多倍周期锁模状态
5.2 双倍周期锁模光纤激光频率梳的设计
5.2.1 实验装置
5.2.2 光梳锁定与重频切换
第六章 总结与展望
参考文献
攻读博士学位期间发表论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]312 MHz, compact all-normal-dispersion Yb:fiber ring laser with an integrated WDM-ISO[J]. 李磐,时雷,孙青,王军龙,毛庆和. Chinese Optics Letters. 2015(03)
[2]耦合广义非线性薛定谔方程的相互作用表象龙格库塔算法及其误差分析[J]. 李磐,时雷,毛庆和. 物理学报. 2013(15)
[3]Ultra-broadband optical spectrum generation from a stretched pulse fiber laser utilizing zero-dispersion fiber[J]. 张程,柴路,宋有建,胡明列,王清月. Chinese Optics Letters. 2013(05)
[4]长时间精密锁定的掺Er光纤飞秒光学频率梳[J]. 曹士英,孟飞,林百科,方占军,李天初. 物理学报. 2012(13)
[5]光纤飞秒光学频率梳的研制及绝对光学频率测量[J]. 孟飞,曹士英,蔡岳,王贵重,曹建平,李天初,方占军. 物理学报. 2011(10)
[6]Pulse-train nonuniformity in an all-fiber ring laser passively mode-locked by nonlinear polarization rotation[J]. 罗智超,徐文成,宋创兴,罗爱平,陈伟成. Chinese Physics B. 2009(06)
本文编号：3190445
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 光学频率梳概述
1.2 光学频率梳的类型与应用
1.2.1 射频锁定和光频锁定光梳
1.2.2 光梳的应用
1.2.2.1 光学频率计量
1.2.2.2 精密激光光谱学
1.2.2.3 低噪声微波产生
1.2.2.4 天文测量和空间科学
1.3 光纤激光频率梳的研究现状
1.4 本论文主要工作
第二章 光纤激光飞秒脉冲产生和调控
2.1 脉冲光纤传输基本理论
2.1.1 NLSE和GNLSE
2.2 锁模光纤激光脉冲的产生
2.2.1 非线性偏振旋转锁模
2.2.2 锁模光纤激光脉冲
2.2.2.1 孤子锁模和色散管理孤子锁模
2.3 啁啾脉冲光纤放大
2.4 超连续谱的产生
第三章 光纤激光频率梳噪声理论与反馈机制
3.1 噪声与功率谱密度
3.2 锁模光纤激光振荡器噪声理论和反馈机制
3.2.1 Master方程微扰理论与传递函数
3.2.2 固定点理论
3.2.3 锁模光纤激光器噪声
3.2.3.1 腔长噪声
3.2.3.2 泵浦噪声
3.2.3.3 损耗噪声
3.2.3.4 自发辐射(ASE)噪声
3.2.4 反馈机制与抑制噪声
3.3 光纤放大和超连续谱产生的噪声理论与抑制技术
第四章 光纤激光频率梳的设计与研制
4.1 结构设计与锁定方案
4.2 飞秒光纤激光振荡器
4.3 CPA链路和倍频程超连续谱(SC)产生
4.4 f-2f自差拍系统和载波包络偏移频率
4.5 光纤激光频率梳噪声抑制实验研究
4.5.1 被动抑制技术研究
4.5.2 光纤激光频率梳锁定技术研究
4.5.2.1 锁相环技术
4.5.2.2 锁定环路实验设计
4.5.2.3 锁定结果与分析
4.6 光纤激光频率梳的指标评估
第五章 基于双倍周期锁模的光纤激光频率梳
5.1 多倍周期锁模状态
5.2 双倍周期锁模光纤激光频率梳的设计
5.2.1 实验装置
5.2.2 光梳锁定与重频切换
第六章 总结与展望
参考文献
攻读博士学位期间发表论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]312 MHz, compact all-normal-dispersion Yb:fiber ring laser with an integrated WDM-ISO[J]. 李磐,时雷,孙青,王军龙,毛庆和. Chinese Optics Letters. 2015(03)
[2]耦合广义非线性薛定谔方程的相互作用表象龙格库塔算法及其误差分析[J]. 李磐,时雷,毛庆和. 物理学报. 2013(15)
[3]Ultra-broadband optical spectrum generation from a stretched pulse fiber laser utilizing zero-dispersion fiber[J]. 张程,柴路,宋有建,胡明列,王清月. Chinese Optics Letters. 2013(05)
[4]长时间精密锁定的掺Er光纤飞秒光学频率梳[J]. 曹士英,孟飞,林百科,方占军,李天初. 物理学报. 2012(13)
[5]光纤飞秒光学频率梳的研制及绝对光学频率测量[J]. 孟飞,曹士英,蔡岳,王贵重,曹建平,李天初,方占军. 物理学报. 2011(10)
[6]Pulse-train nonuniformity in an all-fiber ring laser passively mode-locked by nonlinear polarization rotation[J]. 罗智超,徐文成,宋创兴,罗爱平,陈伟成. Chinese Physics B. 2009(06)
本文编号：3190445
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