發(fā)布時間：2017-12-13 20:33

  本文關鍵詞：超低時間抖動光纖飛秒激光振蕩器及其應用研究

  更多相關文章： 光纖飛秒激光器 平衡光學互相關 時間抖動 飛行時間法測距 時鐘信號提取

【摘要】：光纖飛秒激光器輸出的超短脈沖序列具有極低的時間抖動,同時結構緊湊,價格低廉,對工作環(huán)境不敏感,易于操作和維護,是前沿應用中低噪聲脈沖激光源的首選。隨著飛秒激光器噪聲理論的發(fā)展,相關領域的研究者對時間抖動的特點及影響有了更加深入的認識。平衡光學互相關方法的出現(xiàn),使得光纖飛秒激光器時間抖動在實驗中的精確測量和優(yōu)化成為了可能。本論文以降低摻鐿光纖飛秒激光器的量子極限時間抖動水平為目的,圍繞激光器腔內動力學過程對輸出脈沖序列時域位置的影響進行了一系列理論和實驗的研究,并在此基礎上進行了基于摻鐿光纖飛秒激光器的飛行時間法絕對距離測量和低抖動時鐘信號提取研究。論文主要內容概括如下:一、從非線性薛定諤方程和金茲伯格-朗道方程入手,結合準三能級增益介質中放大自發(fā)輻射噪聲的半經(jīng)典理論模型,建立了計算摻鐿單模光纖飛秒激光器時間抖動水平的數(shù)值模型。在此基礎上,通過改變飛秒激光器腔內凈色散、濾波情況及濾波器帶寬等主要參數(shù),結合不同狀態(tài)下脈沖在腔內的演化過程,對影響飛秒激光器時間抖動水平的主要因素進行了系統(tǒng)地計算與分析。二、在實驗中搭建了基于平衡光學互相關方法的時間抖動測量系統(tǒng),以低時間抖動的呼吸孤子鎖模飛秒激光器為參考,通過將待測激光器的重復頻率同步到參考激光器,對前者在不同參數(shù)下的時間抖動水平進行了系統(tǒng)地測量,分辨率達到了阿秒量級。在此基礎上,通過在腔內加入帶寬7.7 nm的窄帶光譜濾波器,實現(xiàn)了放大自發(fā)輻射噪聲間接耦合時間抖動成分的抑制,將光纖飛秒激光器在不同凈色散下的時間抖動水平穩(wěn)定在0.6 fs~1.1 fs的范圍內,相應的積分區(qū)間為[10kHz,10 MHz]。三、以單臺摻鐿光纖飛秒激光器為光源,結合平衡光學互相關系統(tǒng),搭建了基于邁克爾遜干涉儀結構的飛行時間法任意長絕對距離測量系統(tǒng),并通過將激光器腔長鎖定到待測距離的整數(shù)倍分之一來獲得待測距離信息。在實驗室環(huán)境內,對約為52 m的待測距離進行了測量,在1 s的平均時間內獲得了12 nm的測量精度。當待測距離為零時,上述系統(tǒng)在1 s平均時間內的極限精度為4 nm。四、搭建了基于低時間抖動飛秒激光器和平衡光學互相關的高精度時鐘信號接收系統(tǒng),以參考激光器輸出的脈沖序列模擬低噪聲的“主時鐘”信號,在本地進行了低抖動時鐘信號提取的原理性演示實驗。在優(yōu)化接收系統(tǒng)中飛秒激光器腔內色散和鎖模狀態(tài)的基礎上,通過電光調制器進一步抑制了激光器時間抖動引入的殘余時間誤差,鎖定帶寬達到了400 kHz。在[1 Hz,10 MHz]的頻率區(qū)間內,整個信號接收系統(tǒng)的分辨率達到了13 as,其相對于“主時鐘”信號的殘余時間誤差降低到了109 as,在1μm波段對應載波周期的1/30。
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN248

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