發(fā)布時(shí)間：2020-12-28 06:02

　　基于光學(xué)頻率梳技術(shù)發(fā)展而來(lái)雙光梳光譜測(cè)量系統(tǒng),通過(guò)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(cè),具有快速、靈敏、高分辨和高精度的技術(shù)優(yōu)勢(shì),近年來(lái)已在精密光譜分析、光學(xué)測(cè)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(cè)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(duì)光纖鎖模激光器的兩個(gè)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(duì)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(cè)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(cè)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(duì)脈沖噪... 

【文章來(lái)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(yè)數(shù)】：141 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

光學(xué)頻率梳的時(shí)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(cè)器直接測(cè)量其輸出信號(hào),由于光電探測(cè)器的響應(yīng)帶寬受限(目前在GHz水平),高達(dá)THz的載波信號(hào)則無(wú)法被光電探測(cè)器直接響應(yīng),因此基于光頻分析的探測(cè)應(yīng)用受到了限制,而雙光梳光譜測(cè)量方式的提出解決了這一問(wèn)題。圖2-2所示為雙光梳光譜測(cè)量系統(tǒng)的一種探測(cè)結(jié)構(gòu),其實(shí)現(xiàn)的具體過(guò)程是,光學(xué)頻率梳Comb1的出射光首先在探測(cè)光路中與待測(cè)樣品發(fā)生相互作用,使表征樣品特性的測(cè)量信息加載在光頻信號(hào),其后與光學(xué)頻率梳Comb2的出射光合束,并同時(shí)被光電探測(cè)器捕獲,獲得時(shí)域干涉信號(hào),最終通過(guò)數(shù)據(jù)的采集與處理還原待測(cè)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(cè)量技術(shù)進(jìn)行光譜探測(cè)時(shí),去除了機(jī)械移動(dòng)的測(cè)量結(jié)構(gòu),有效簡(jiǎn)化了測(cè)量系統(tǒng),而此時(shí)雙光梳光譜測(cè)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(duì)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(cè)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(gè)過(guò)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(guò)精密相位鎖定獲得穩(wěn)定的光學(xué)頻率梳,而兩臺(tái)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(cè)量系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)精密的雙光梳光譜測(cè)量,因此研究各部分的噪聲來(lái)源、實(shí)現(xiàn)噪聲的抑制以及穩(wěn)定性的提高,對(duì)于改善最終測(cè)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(guò)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(duì)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(guò)程中,則需要重點(diǎn)考慮反饋激勵(lì)的選擇和安裝、不同相位鎖定方式對(duì)頻率穩(wěn)定性的影響,同時(shí)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(duì)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(guò)程,是實(shí)現(xiàn)光源互相干的過(guò)程,這一過(guò)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(cè)量的性能和參數(shù);應(yīng)用分析是得到雙光梳光譜測(cè)量結(jié)果的最終過(guò)程,測(cè)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(duì)于測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性有直接的影響。


本文編號(hào)：2943250