光学频率梳(简称“光频梳”)在频域为具有等频率间隔的梳齿,在时域为具有固定重复频率的脉冲光。光频梳的应用已经从初期的频率测量,拓展到基本物理常数的精确测定、新一代的全球定位系统、超高精度分子动力学、地外生命的探测、宇宙膨胀的验证、超长距离的超高精度测量、超宽带光通信、光信息处理和激光雷达等方面。目前,光频梳的种类主要包括:基于锁模激光器的飞秒光频梳、基于腔内级联四波混频效应的微腔光频梳、基于电光调制器的光频梳、基于光纤中行波四波混频效应的光频梳等。对于前两种光频梳,由于器件腔长固定的原因,其梳齿间隔的调谐范围非常有限。信息披露
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对于基于电光调制器的光频梳,其梳齿间隔的调谐范围受限于所用调制器的带宽。而梳齿间隔大范围可调的光频梳在光通信、天文、精密测量等领域有着潜在应用。因此,为了进一步拓展光频梳的应用范围,研制梳齿间隔大范围可调的光频梳是很有必要的。在攻读博士期间,作者围绕着如何获得梳齿间隔大范围可调的光频梳以及如何进一步拓宽光频梳的光谱等方面进行了系统的研究,取得了以下研究结果:(1)利用双波长布里渊激光腔内的级联四波混频效应产生了梳齿间隔大范围可调、高信噪比光频梳。
婴幼儿喂养与营养指南2019在实验上,使用两个工作波长位于C波段、频率间隔约为65 GHz、线宽约为150 kHz的单频激光作为产生双波长布里渊激光的泵浦光,利用500 m长的高非线性石英光纤作为增益介质,获得了线宽约为3 kHz的双波长布里渊激光,与泵浦光的线宽相比,输出布里渊激光的线宽被压窄了50倍;将泵浦光功率增大至306 mW时,获得了梳齿间隔约为65 GHz、高信噪比光频梳,光频梳光谱覆盖1500~1600 nm,其梳齿根数是基于光纤中行波四波混频效应光频梳的38倍;进一步通过调节泵浦光的频率间隔获得了梳齿间隔调谐范围覆盖40~1300 GHz的光频梳。(2)利用多波长布里渊激光腔内的级联四波混频和调制不稳定性效应获得了梳齿间隔大范围可调的孤子光频梳。在实验上,为了获得孤子光频梳,使用多个波长位于C波段、频率间隔相等的单频激光作为产生多波长布里渊激光的泵浦光,采用在C波段内为负散的高非线性石英光纤作为增益介质,从而使得在多波长布里渊光纤激光腔内产生了强的调制不稳定性和级联四波混频效应,获得了梳齿间隔分别约为55、85、100、200、300 GHz的孤子光频梳,光频梳光谱范围覆盖1500~1600 nm,其脉冲呈现明显的腔孤子特征,对应的脉冲宽度分别约为770、650、540、310、300 fs。并通过求解非线性薛定谔方程对孤子光频梳进行了理论模拟,模拟结果和实验结果基本吻合。
库仑法(3)为了进一步拓宽光频梳的光谱,设计出了在1500~1600 nm波段范围近零平坦散、具有
两圈空气孔结构的氟碲酸盐玻璃光纤,外圈大空气孔的作用是将光纤的零散波长从2.16?m移动到1550 nm附近,内圈小空气孔的作用是使得光纤散在1500~1600 nm波段范围内的值位于0.3 ps/km/nm与-0.5 ps/km/nm之间;通过求解非线性薛定谔方程研究了基于氟碲酸盐玻璃光纤的宽带光频梳产生,利用2 m长的近零平坦散氟碲酸盐光纤作为非线性介质,使用平均功率为3 W、脉宽为890 fs、重复复频率可调(25~100 GHz)、中心波长为1550 nm的激光作为泵浦源,获得了光谱范围覆盖1300~2000 nm、梳齿间隔调谐范围覆盖25~100 GHz的光频梳。上述理论模拟结果表明,利用近零平坦散氟碲酸盐光纤作为非线性介质可获得梳齿间隔大范围可调的宽带光频梳。(4)利用两个工作波长位于C波段、频率间隔约为176.32 GHz的单频激光作为产生双布里渊激光的泵浦光,通过控制布里渊激光腔中的级联布里渊散射效应和级联四波混频效应获得了频率间隔为9.28 GHz(布里渊频移)、光谱范围覆盖1500~1600 nm的多波长布里渊激光输出,其波长数目超过1000。(5)设计出了具有“倒L型”散曲线形状的全正散碲酸盐光纤,通过数值模拟研究了2?m飞秒激光脉冲在该光纤中的传输性质,发现输出激光的脉冲前沿变得陡峭,脉冲后沿变得平缓,这不仅抑制了自变陡效应引起的蓝移分量增加,而且增加了红移分量;进一步将2?m飞秒激光的峰值功率增大至30 kW时,获得了覆盖1250~5125 nm波段的超连续相干光源。
上述结果表明,利用具有“倒L型”散曲线形状的全正散碲酸盐光纤作为非线性介质可实现高相干性的中红外超连续光源。
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