超短脈沖激光精密時-頻域控制.pdf

1、超短脈沖激光技術提供了高時間分辨率，高頻率精度的測量手段，極大的提高了人類探索自然界規(guī)律的能力，成為探索、揭示微觀世界規(guī)律的前沿科學與高新技術的基點和關鍵。本文主要圍繞超短脈沖激光的時－頻域精密控制開展研究工作。在激光時域控制上，探索了鎖模超短脈沖激光器的原理與結構，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-頻域控制提供了種子源。在時域同步控制上，探索了基于非線性交叉相位調制的超短脈沖全光同步技術，完成了諧波鎖模激光

2、，多波長鎖模激光，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用于單光子頻率上轉換探測實驗的相關問題。在激光頻域控制上，研制了50W平均輸出功率載波包絡偏移頻率穩(wěn)定的超短脈沖激光系統(tǒng)，為紫外光學頻率梳的產(chǎn)生奠定了基礎。主要成果包括：
　　 ⑴時域上，超短脈沖激光產(chǎn)生是開展精密時-頻域控制的基礎。基于激光鎖模原理，首先完成了超短飛秒脈沖光纖激光器的研制工作。①利用光纖內的非線性偏振旋轉效應，完成了超短脈

3、沖鎖模摻鉺光纖激光器的研制。當腔內的色散為負值時，激光腔內的脈沖光以孤子波方式運轉，脈沖的峰值功率被限制，脈沖寬度較寬。當引入色散管理手段后，通過展寬脈沖鎖模方式，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鎖模摻鐿光纖激光器的研制工作，提出了在腔內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的脈沖分裂，得到了41fs單脈沖運轉的超短脈沖激光輸出。
　　 ⑵當不同波長的兩束激光在同一光纖內傳輸時

4、，由于交叉相位調制作用，束光會使另一束光的非線性折射率發(fā)生變化，導致非線性偏振旋轉。在此現(xiàn)象基礎上，開展了時域上脈沖激光的精密同步工作。①利用主－從模式的腔結構，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。同步激光器腔長失匹長度達14mm，有效的抑制了外界擾動對同步系統(tǒng)的干擾。并且在腔長失匹較大的情況下，脈沖呈現(xiàn)堆積展寬現(xiàn)象。利用該現(xiàn)象可應用于超短脈沖整形，光參量啁啾脈沖放大等領域的工作。②利用部分光譜放大和交叉相位調

5、制技術完成了800nm，1030nm，1550nm三波段飛秒超短脈沖激光同步。800nm，1030nm脈沖之間的時間抖動為0.55fs，1030nm，1550nm脈沖之間的抖動為8.3fs。③利用長腔激光器中的峰值功率鉗位效應，獲得了脈沖寬度為5.5ns的方波脈沖鎖模摻鉺光纖激光器。并利用交叉相位調制技術，以全光方式實現(xiàn)其與超短脈沖鎖模摻鐿光纖激光器的同步。同步激光器腔長最大失匹為2.6mm，脈沖之間的時間抖動為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換探測實驗，單光子轉換效率達31.2％。
　　 ⑶在精密頻域控制上，開展了高功率、高重復頻率超短脈沖激光的載波包絡偏移頻率穩(wěn)定工作。通過雙包層光子晶體光纖放大技術，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偏移頻率探測，并通過鎖相環(huán)電子反饋電路，實現(xiàn)了偏移頻率的精密鎖定。鎖定后的開環(huán)偏移頻率線寬為2.27mHz，脈