飛秒光梳由于在光學(xué)頻率測(cè)量、光頻標(biāo)、低噪聲微波信號(hào)產(chǎn)生、天文觀測(cè)、非線性光學(xué)、基本物理常數(shù)測(cè)量和理論驗(yàn)證等領(lǐng)域中的重要應(yīng)用,得到了深入的研究。與其它飛秒光梳相比,摻鉺光纖飛秒光梳具有可選元器件種類多、價(jià)格低廉、易于全光纖化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作波長與光通訊波段兼容等優(yōu)點(diǎn),成為研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。本論文通過研究飛秒光梳的飛秒激光產(chǎn)生、頻率產(chǎn)生和控制等關(guān)鍵技術(shù),探索獲得低噪聲、高可靠性的應(yīng)用型摻鉺光纖飛秒光梳技術(shù)途徑。其重要研究內(nèi)容和創(chuàng)新性的成果如下:在飛秒激光產(chǎn)生方面,分別研究基于非線性偏振旋轉(zhuǎn)(NPR)和半導(dǎo)體飽和吸收體(SESAM)鎖模技術(shù)激光器的實(shí)驗(yàn)方案。分析兩個(gè)激光器的輸出脈沖特性、噪聲水平、環(huán)境敏感度特性等,討論兩者作為飛秒光梳激光源的優(yōu)缺點(diǎn)。為解決基于單一鎖模技術(shù)激光器難以兼顧高可靠和低噪聲的問題,提出將NPR和非線性放大環(huán)形鏡(NALM)兩種鎖模技術(shù)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該激光器噪聲水平為-130 dBc/Hz@1Hz、-144 dBc/Hz@100Hz,為目前報(bào)道的噪聲水平最低的光纖激光器。同時(shí)該激光器、具有鎖模裕度大、能夠自啟鎖、功率轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)點(diǎn)。在飛秒光梳頻率產(chǎn)生和控制方面,實(shí)驗(yàn)研究了基于NPR鎖模技術(shù)和混合型鎖模技術(shù)的飛秒光梳系統(tǒng)頻率產(chǎn)生和控制技術(shù),重點(diǎn)論證了利用電光控制器寬帶控制重復(fù)頻率(f_(rep))的技術(shù)方案,并測(cè)試了上述兩種飛秒光梳的相位噪聲水平,兩者相位抖動(dòng)均小于1 rad。為了實(shí)現(xiàn)利用單一頻率控制器件大范圍、高帶寬飛秒光梳頻率控制,提出激光偏振旋轉(zhuǎn)控制飛秒光梳頻率的實(shí)驗(yàn)方案。與傳統(tǒng)的頻率控制方法相比,該方法利用飛秒激光整個(gè)光學(xué)腔的雙折射效應(yīng),較以往報(bào)道的寬帶頻率控制方法的效率提高了至少一個(gè)數(shù)量級(jí)。利用設(shè)計(jì)的電光偏振調(diào)制器(EOPM)對(duì)f_(ceo)進(jìn)行控制,控制帶寬達(dá)1.8 MHz,穩(wěn)定度曲線為1.7×10~(-17)/τ,分別對(duì)飛秒光梳梳齒(@1.5μm)和f_r的48次諧波進(jìn)行控制實(shí)驗(yàn),對(duì)應(yīng)的頻率穩(wěn)定度符合9.8×10~(-15)/τ~(1/2)和2×10~(-17)/τ~(1/2)。在飛秒光梳用于光學(xué)頻率測(cè)量方面,分析了利用飛秒光梳進(jìn)行光頻測(cè)量的原理,討論了利用摻鉺光纖光梳進(jìn)行鍶光鐘工作激光頻率測(cè)量的要求。實(shí)驗(yàn)上首次利用擴(kuò)譜、倍頻的實(shí)驗(yàn)方案,將摻鉺光纖飛秒光梳頻率擴(kuò)展到鍶光鐘工作激光頻率處。通過調(diào)節(jié)非線性光纖參數(shù)和放大功率,使鍶光鐘工作激光對(duì)應(yīng)頻率處的單模能量盡量高,最終獲得698.5 nm和707 nm處的梳齒單模能量分別為1μW和0.7μW。利用698.5 nm的單頻激光與飛秒光梳拍頻,獲得的拍頻信號(hào)信噪比達(dá)40 dB(分辨率300 kHz),比后續(xù)頻率計(jì)數(shù)設(shè)備輸入信噪比要求高10 dB,提高了頻率鎖定的魯棒性。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院國家授時(shí)中心)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN248;TN253
【部分圖文】：

段的元器件在種類、性能和價(jià)格等方面都具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，促使基纖激光器迅速發(fā)展。摻鉺光纖飛秒光梳可以實(shí)現(xiàn)全光纖結(jié)構(gòu)的飛秒光梳系統(tǒng)，可靠性高。其位于 1.5 μm 的通信波長，方便應(yīng)用。此外，利用商用非線性光纖/晶較為便利地把摻鉺光纖飛秒光梳的工作波長擴(kuò)展到其他飛秒光梳的直蓋范圍，解決了摻鉺光纖飛秒光梳不能直接覆蓋一些應(yīng)用所需要波長范。目前，摻鉺光纖飛秒光梳技術(shù)已成為先進(jìn)的時(shí)間頻率研究機(jī)構(gòu)共同關(guān)。摻鉺飛秒光梳的組成飛秒光梳是頻率和相位完全受控的飛秒激光器，其典型結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所飛秒激光器、fceo信號(hào)的產(chǎn)生和控制、frep信號(hào)的產(chǎn)生和控制三個(gè)部分。

第 1 章 緒論三、光頻傳遞和比對(duì)未來以原子在光學(xué)波段躍遷頻率為基準(zhǔn)的光鐘將代替微波鐘成為更為準(zhǔn)確的時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)。目前，世界各地的時(shí)間頻率機(jī)構(gòu)紛紛開展了光鐘的研制工作光鐘的不確定度已經(jīng)進(jìn)入10-18量級(jí)，未來的原子核中有可能達(dá)到更高的精度[76-8光鐘性能評(píng)估需要利用多臺(tái)鐘進(jìn)行頻率比對(duì)才能完成，為了比對(duì)不同實(shí)驗(yàn)室的光鐘性能，需要高精度時(shí)間頻率傳遞系統(tǒng)。目前，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（包括 GPSGLONASS、GALILEO）和雙向衛(wèi)星時(shí)間頻率傳遞等基于衛(wèi)星的時(shí)間頻率傳遞技術(shù)的穩(wěn)定度為 10-15@1 天[76]，不能滿足光鐘頻率比對(duì)的需求。

摻鉺光纖飛秒光梳及其在光頻測(cè)量中的應(yīng)用 LISA 計(jì)劃就是基于高精度時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)，利用衛(wèi)星構(gòu)建激波探測(cè)。電子計(jì)數(shù)器不能將光鐘的原子和離子的高頻振動(dòng)周期“讀”出梳將光鐘頻率轉(zhuǎn)化為可測(cè)量的微波頻率量，因此飛秒光梳是光。圖 1-3 給出了光鐘的原理結(jié)構(gòu)示意圖，以離子或原子（Al+、+和 Sr、Ag 等）的能級(jí)躍遷頻率為參考頻率源，將探測(cè)激光鎖源上，然后將飛秒光梳鎖定到探測(cè)激光上，并利用飛秒光梳將頻率分頻到微波頻率，實(shí)現(xiàn)在光頻測(cè)量。目前，光鐘的頻率不8的量級(jí)[6]。光纖飛秒光梳的頻率穩(wěn)定度已經(jīng)優(yōu)于目前最好的的使用。
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本文編號(hào)：2841619