超短脈沖激光精密時(shí)-頻域控制.pdf

1、超短脈沖激光技術(shù)提供了高時(shí)間分辨率，高頻率精度的測(cè)量手段，極大的提高了人類(lèi)探索自然界規(guī)律的能力，成為探索、揭示微觀世界規(guī)律的前沿科學(xué)與高新技術(shù)的基點(diǎn)和關(guān)鍵。本文主要圍繞超短脈沖激光的時(shí)－頻域精密控制開(kāi)展研究工作。在激光時(shí)域控制上，探索了鎖模超短脈沖激光器的原理與結(jié)構(gòu)，研制了超短脈沖飛秒光纖激光器，獲得了超短脈沖激光源，為精密時(shí)-頻域控制提供了種子源。在時(shí)域同步控制上，探索了基于非線性交叉相位調(diào)制的超短脈沖全光同步技術(shù)，完成了諧波鎖模激光

2、，多波長(zhǎng)鎖模激光，納秒方波鎖模激光與超短脈沖激光之間的同步，并研究了同步鎖模超短脈沖激光應(yīng)用于單光子頻率上轉(zhuǎn)換探測(cè)實(shí)驗(yàn)的相關(guān)問(wèn)題。在激光頻域控制上，研制了50W平均輸出功率載波包絡(luò)偏移頻率穩(wěn)定的超短脈沖激光系統(tǒng)，為紫外光學(xué)頻率梳的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。主要成果包括：
　　 ⑴時(shí)域上，超短脈沖激光產(chǎn)生是開(kāi)展精密時(shí)-頻域控制的基礎(chǔ)?；诩す怄i模原理，首先完成了超短飛秒脈沖光纖激光器的研制工作。①利用光纖內(nèi)的非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，完成了超短脈

3、沖鎖模摻鉺光纖激光器的研制。當(dāng)腔內(nèi)的色散為負(fù)值時(shí)，激光腔內(nèi)的脈沖光以孤子波方式運(yùn)轉(zhuǎn)，脈沖的峰值功率被限制，脈沖寬度較寬。當(dāng)引入色散管理手段后，通過(guò)展寬脈沖鎖模方式，獲得了寬度為92fs的超短脈沖激光輸出。②完成了非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模摻鐿光纖激光器的研制工作，提出了在腔內(nèi)插入摻鉺光纖方式提供附加飽和吸收的方案，有效的抑制了激光腔內(nèi)的脈沖分裂，得到了41fs單脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)的超短脈沖激光輸出。
　　 ⑵當(dāng)不同波長(zhǎng)的兩束激光在同一光纖內(nèi)傳輸時(shí)

4、，由于交叉相位調(diào)制作用，束光會(huì)使另一束光的非線性折射率發(fā)生變化，導(dǎo)致非線性偏振旋轉(zhuǎn)。在此現(xiàn)象基礎(chǔ)上，開(kāi)展了時(shí)域上脈沖激光的精密同步工作。①利用主－從模式的腔結(jié)構(gòu)，完成了諧波鎖模的摻鉺光纖激光器與鎖模Yb:GSO激光器的同步。同步激光器腔長(zhǎng)失匹長(zhǎng)度達(dá)14mm，有效的抑制了外界擾動(dòng)對(duì)同步系統(tǒng)的干擾。并且在腔長(zhǎng)失匹較大的情況下，脈沖呈現(xiàn)堆積展寬現(xiàn)象。利用該現(xiàn)象可應(yīng)用于超短脈沖整形，光參量啁啾脈沖放大等領(lǐng)域的工作。②利用部分光譜放大和交叉相位調(diào)

5、制技術(shù)完成了800nm，1030nm，1550nm三波段飛秒超短脈沖激光同步。800nm，1030nm脈沖之間的時(shí)間抖動(dòng)為0.55fs，1030nm，1550nm脈沖之間的抖動(dòng)為8.3fs。③利用長(zhǎng)腔激光器中的峰值功率鉗位效應(yīng)，獲得了脈沖寬度為5.5ns的方波脈沖鎖模摻鉺光纖激光器。并利用交叉相位調(diào)制技術(shù)，以全光方式實(shí)現(xiàn)其與超短脈沖鎖模摻鐿光纖激光器的同步。同步激光器腔長(zhǎng)最大失匹為2.6mm，脈沖之間的時(shí)間抖動(dòng)為4.3ps。④利用同步超

6、短脈沖鎖模摻鉺、摻鐿光纖激光器，完成了高速脈沖泵浦方式的單光子頻率上轉(zhuǎn)換探測(cè)實(shí)驗(yàn)，單光子轉(zhuǎn)換效率達(dá)31.2％。
　　 ⑶在精密頻域控制上，開(kāi)展了高功率、高重復(fù)頻率超短脈沖激光的載波包絡(luò)偏移頻率穩(wěn)定工作。通過(guò)雙包層光子晶體光纖放大技術(shù)，獲得了50W平均功率輸出的超短脈沖激光。利用交叉參考的拍頻方式，完成了超短脈沖的載波包絡(luò)偏移頻率探測(cè)，并通過(guò)鎖相環(huán)電子反饋電路，實(shí)現(xiàn)了偏移頻率的精密鎖定。鎖定后的開(kāi)環(huán)偏移頻率線寬為2.27mHz，脈