發(fā)布時間：2020-12-28 06:02

　　基于光學(xué)頻率梳技術(shù)發(fā)展而來雙光梳光譜測量系統(tǒng),通過具有一定重復(fù)頻率差的雙光梳光源實(shí)現(xiàn)快速的光學(xué)外差探測,具有快速、靈敏、高分辨和高精度的技術(shù)優(yōu)勢,近年來已在精密光譜分析、光學(xué)測距、光學(xué)成像等應(yīng)用方向上展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力,并迅速成為相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)梳齒可分辨的高分辨雙光梳光譜測量依賴具有高度相干性的雙光梳光源,目前,采用高速調(diào)制器件對光纖鎖模激光器的兩個自由度進(jìn)行精密的反饋控制,是提高雙光梳光源相干性的主要方法。一方面,研究光纖鎖模激光器的噪聲演化特性,獲得低噪聲的飛秒脈沖是實(shí)現(xiàn)雙光梳光源頻率穩(wěn)定的基礎(chǔ);另一方面,發(fā)展精密的相位鎖定技術(shù),對于抑制雙光梳光源的頻率噪聲、實(shí)現(xiàn)雙光梳光源的高互相干具有重要意義。進(jìn)一步地,研制緊湊穩(wěn)定的集成化雙光梳光譜測量系統(tǒng),也是提高雙光梳技術(shù)實(shí)用性、拓展雙光梳技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵。本文以“高分辨雙光梳系統(tǒng)的研制及其應(yīng)用的研究”為主題,分別深入研究了低噪聲光纖鎖模激光器、精密相位鎖定技術(shù)以及雙光梳光譜測量系統(tǒng)。以自主研制的全保偏光纖鎖模激光器為研究基礎(chǔ),從理論和實(shí)驗(yàn)上探究了光纖鎖模激光器的噪聲演化特性,驗(yàn)證了脈沖能量、脈沖寬度以及脈沖的非線性對脈沖噪... 

【文章來源】：華東師范大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：141 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

光學(xué)頻率梳的時頻域?qū)��?yīng)關(guān)系。T,脈沖周期;frep,重復(fù)頻率;Δ?,載波與包絡(luò)的偏移相位;fceo,載波包絡(luò)相位偏移頻率;fm,任意梳齒的光頻頻率

盡管光學(xué)頻率梳本身包含了光頻(載波)與射頻(包絡(luò))的確定頻率信息,但如果采用光電探測器直接測量其輸出信號,由于光電探測器的響應(yīng)帶寬受限(目前在GHz水平),高達(dá)THz的載波信號則無法被光電探測器直接響應(yīng),因此基于光頻分析的探測應(yīng)用受到了限制,而雙光梳光譜測量方式的提出解決了這一問題。圖2-2所示為雙光梳光譜測量系統(tǒng)的一種探測結(jié)構(gòu),其實(shí)現(xiàn)的具體過程是,光學(xué)頻率梳Comb1的出射光首先在探測光路中與待測樣品發(fā)生相互作用,使表征樣品特性的測量信息加載在光頻信號,其后與光學(xué)頻率梳Comb2的出射光合束,并同時被光電探測器捕獲,獲得時域干涉信號,最終通過數(shù)據(jù)的采集與處理還原待測的樣品信息。

相比于傳統(tǒng)的傅里葉變換紅外光譜儀[64],使用雙光梳光譜測量技術(shù)進(jìn)行光譜探測時,去除了機(jī)械移動的測量結(jié)構(gòu),有效簡化了測量系統(tǒng),而此時雙光梳光譜測量結(jié)果的準(zhǔn)確性就直接由系統(tǒng)的性質(zhì)和參數(shù)決定,因此對雙光梳系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其噪聲水平的研究就顯得十分必要�？紤]雙光梳光譜測量的實(shí)現(xiàn)步驟,分別涉及鎖模激光器、光學(xué)頻率梳、雙光梳光源、應(yīng)用分析四個過程,各部分之間的關(guān)系以及影響其性能的因素如圖2-3所示。鎖模激光器經(jīng)過精密相位鎖定獲得穩(wěn)定的光學(xué)頻率梳,而兩臺光學(xué)頻率梳實(shí)現(xiàn)互相干后才能構(gòu)成高分辨的雙光梳光源,并應(yīng)用到測量系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)精密的雙光梳光譜測量,因此研究各部分的噪聲來源、實(shí)現(xiàn)噪聲的抑制以及穩(wěn)定性的提高,對于改善最終測量結(jié)果的準(zhǔn)確性具有重要意義。在鎖模激光器的研制過程中,需要考慮鎖模原理的選擇、腔型的設(shè)計(jì)、激光器本身的噪聲演化對輸出脈沖噪聲水平的影響,從而選擇合適的諧振腔方案以及鎖模狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)輸出脈沖的噪聲優(yōu)化,此外,集成封裝設(shè)計(jì)有利于提升激光器的抗環(huán)境干擾能力,進(jìn)一步改善激光器的噪聲水平和穩(wěn)定性;在光學(xué)頻率梳的相位鎖定過程中,則需要重點(diǎn)考慮反饋激勵的選擇和安裝、不同相位鎖定方式對頻率穩(wěn)定性的影響,同時需要研制高精度相位鎖定電路以提高相位鎖定的精度、最大程度地抑制頻率噪聲,同樣地,光學(xué)頻率梳系統(tǒng)的集成封裝對于提高其實(shí)用性和穩(wěn)定性也有重要意義;光學(xué)頻率梳到雙光梳光源的過程,是實(shí)現(xiàn)光源互相干的過程,這一過程中相干相位鎖定的方案、鎖定參考源的選擇、光源參數(shù)的設(shè)置是需要考慮的主要因素,它們將直接決定測量的性能和參數(shù);應(yīng)用分析是得到雙光梳光譜測量結(jié)果的最終過程,測量光路的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集的方式、數(shù)據(jù)分析和處理的手段,對于測量結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性有直接的影響。


本文編號：2943250