超穩(wěn)激光器具有高的頻率穩(wěn)定性、窄的線寬及低的相位噪聲等優(yōu)勢,因而在高分辨率光譜學(xué)、光學(xué)原子鐘、引力波探測、低噪聲微波源及光學(xué)頻率傳輸?shù)阮I(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用。目前,光學(xué)原子鐘的頻率不確定度及穩(wěn)定度已實現(xiàn)10^-19量級,為了將其信號能夠高保真?zhèn)魉徒o各個用戶,光纖光學(xué)頻率傳遞是重要手段之一。為了保證光纖光學(xué)頻率傳遞的穩(wěn)定度,需要超穩(wěn)激光器作為傳遞光源。目前,商用通信波段激光器線寬約為百Hz量級以上,尚不能滿足長距離光纖光學(xué)頻率傳遞的高穩(wěn)定度要求,需研制通信波段的超穩(wěn)激光器作為傳遞光源。中科院國家授時中心承擔(dān)著我國十三五“高精度地基授時系統(tǒng)”項目,為滿足項目對于光纖光學(xué)頻率傳遞系統(tǒng)的要求,需開展通信波段超穩(wěn)激光器的工程化研究。本文主要圍繞通信波段超穩(wěn)激光器工程化關(guān)鍵技術(shù)開展研究,主要研究成果為以下四個內(nèi)容:一、研制了兩套1550nm超穩(wěn)激光器原理樣機(jī)。（1）針對其中一臺光學(xué)參考腔輸出鏡的污染問題(HG₀₀模的精細(xì)度約為148000,耦合效率約為11.9%,系統(tǒng)的剩余幅度噪聲大于1.5×10^-15@0.1s-100s),提出利用H... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院國家授時中心)陜西省

【文章頁數(shù)】：119 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖1.1時鐘發(fā)展史

通信波段超穩(wěn)激光器工程化關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用4路上實現(xiàn)了高精度的光纖光學(xué)頻率信號傳遞，傳遞穩(wěn)定度達(dá)到了4×10-19@400s[27]；在2015年，德國PTB和法國LNE-STRTE兩個研究小組利用光纖光學(xué)頻率傳遞技術(shù)，首次實現(xiàn)了兩個國家的鍶原子光鐘比對。在1415km光纖鏈路上，將鎖定在兩臺鍶原子光鐘上的光學(xué)頻率信號傳遞到了中間點-斯特拉斯堡。通過比對，測得兩臺鍶原子光鐘的頻率穩(wěn)定度為3×10-17@3000s[31]。圖1.2歐洲光纖時間頻率傳輸項目的OFTEN傳輸網(wǎng)在高精度光纖光學(xué)頻率傳遞領(lǐng)域，我國相關(guān)單位也開展了研究，包括華東師范大學(xué)和中國科學(xué)院國家授時中心等研究單位[32-34]。在2015年，華東師范大學(xué)在82km（32km城市光纖：32km、光纖盤：50km）的光纖鏈路上進(jìn)行了光纖光學(xué)頻率傳遞系統(tǒng)的研究，實驗測得傳遞光源的相對線寬展寬為1mHz，頻率傳遞穩(wěn)定度為4×10-19@10000s[32]；在2016年，中國科學(xué)院國家授時中心在112km的實地光纖鏈路上，實現(xiàn)了傳遞穩(wěn)定度為4×10-29@10000s的光纖光學(xué)頻率傳遞系統(tǒng)[33]。在2018年，利用224km的實地光纖鏈路完成了傳遞穩(wěn)定度為7.7×1019@10000s的實驗測試[34]。為了推進(jìn)高精度時間頻率傳遞技術(shù)在光學(xué)原子鐘比對、相對論驗證、精密測量等基礎(chǔ)科研和工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，我國啟動了十三五“高精度地基授時系統(tǒng)”項目，光纖光學(xué)頻率傳遞作為該項目的重要組成部分，將利用我國現(xiàn)有遍布全國的通信光纖網(wǎng)絡(luò)為國內(nèi)多個科研及工程單位提供高精度的時間頻率信號。在“高精度地基授時系統(tǒng)”項目中，光纖光學(xué)頻率傳遞網(wǎng)路的預(yù)計分布圖如圖1.3所示。

第1章緒論5圖1.3高精度地基授時系統(tǒng)光纖光學(xué)頻率傳遞系統(tǒng)分布圖在高精度光纖光學(xué)頻率傳遞系統(tǒng)中，超穩(wěn)激光器作為傳遞源可為其傳遞精度提供重要的保證。中國科學(xué)院國家授時中心作為“高精度地基授時系統(tǒng)”項目的主要承擔(dān)單位，為了保證項目中光纖光學(xué)頻率傳遞系統(tǒng)的研制任務(wù)能夠順利進(jìn)行，因此，開展了線寬為Hz量級的通信波段超穩(wěn)激光器工程化關(guān)鍵技術(shù)研究。1.3超穩(wěn)激光器的研究進(jìn)展早在1916年，愛因斯坦就已經(jīng)提出了激光產(chǎn)生的基本原理，但由于相關(guān)工藝及技術(shù)的限制，直到1958年，當(dāng)美國科學(xué)家肖洛和湯斯將氖光燈照射到一種稀土晶體上時，發(fā)出一束鮮艷、始終聚在一起的強(qiáng)光，即激光的現(xiàn)象。1960年5月，美國休斯實驗室的西奧·多梅曼首次利用紅寶石獲得了694.3nm的激光，同年7月份研制出了首臺紅寶石激光器。由于激光具有很好的單色性、空間相干性和時間相干性等特點，因而使其被廣泛的應(yīng)用于各個科學(xué)研究以及工程領(lǐng)域。在物質(zhì)吸收能量后低能級上的原子將會跳到高能級上，通常情況下高能級的原子都處于不穩(wěn)定狀態(tài)，原子又會跳回低能級，多余的能量將以光子的形式發(fā)射出來。激光就是光學(xué)諧振腔中的激勵物質(zhì)在吸收激勵源提供的能量后，大量低能級原子將跳到高能級，從而發(fā)射出大量相位、方向、頻率各不相同的光子，這些光子在經(jīng)過光學(xué)諧振腔篩選后，得到相位、頻率和運動方向相同的光子，選出的光子又回到激勵物質(zhì)中，誘發(fā)出都相同特性的光子束，從而形成激光。在理論上，若只考慮激勵物質(zhì)自發(fā)輻射噪聲對激光線寬的影響，

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3042255