飛秒激光光學(xué)頻率梳的噪聲特性研究.pdf

1、飛秒飛秒激光激光光學(xué)頻率梳的噪聲特性研究光學(xué)頻率梳的噪聲特性研究ResearchontheNoiseacteristicofFemtosecondLaserOpticalFrequencyComb領(lǐng)域：光學(xué)工程研究生：田昊晨指導(dǎo)教師：胡明列教授宋有建副研究員企業(yè)導(dǎo)師：劉慶京研究員天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院二零一五年十二月摘要飛秒光學(xué)頻率梳噪聲特性的研究是優(yōu)化激光器輸出、產(chǎn)生低噪聲飛秒激光光源的基礎(chǔ)，是降低和補償激光器噪聲技術(shù)的研究

2、和實現(xiàn)覆蓋更寬微波、光學(xué)波段的光學(xué)頻率梳的重要理論依據(jù)。對于精密光學(xué)測量、時間基準(zhǔn)的標(biāo)定、阿秒光學(xué)脈沖的產(chǎn)生、相干脈沖合成、光學(xué)頻率梳齒的復(fù)制和遠距離傳輸?shù)葢?yīng)用有著深遠的意義。單向脈沖傳輸方程包含脈沖電場的信息，很好地描述了脈沖電場在介質(zhì)中的傳輸和演化過程，本論文從基于單向脈沖傳輸方程的激光器的數(shù)值模型出發(fā)，探索光學(xué)頻率梳的噪聲特性，以降低飛秒激光器的噪聲為目標(biāo)，對飛秒光學(xué)頻率梳齒的噪聲特性進行了系統(tǒng)的研究，實現(xiàn)了相干脈沖合成。本論文的

3、主要工作可以概括為以下幾個部分：1.對單向脈沖傳輸方程進行了推導(dǎo)，使用分步傅里葉和四階龍格庫塔相結(jié)合的算法對單向脈沖傳輸方程進行了數(shù)值求解。2.以單向脈沖傳輸方程為主方程，對鈦寶石飛秒激光器進行了數(shù)值模型的建立，對超短脈沖在激光器內(nèi)的動力學(xué)過程進行了模擬。在腔內(nèi)凈色散13fs2的條件下，得到半高全寬133nm的光譜輸出，47fs的時域脈沖輸出，單脈沖能量為39nJ。實驗研究了緊湊型寬帶可調(diào)諧鈦寶石飛秒激光器，獲得了中心波長在740nm至

4、893nm的可調(diào)諧超短脈沖輸出，中心波長為800nm時輸出功率達800mW，中心波長為890nm時輸出功率可達420mW。寬光譜輸出時，光譜范圍可覆蓋730~870nm。3.對光學(xué)頻率梳噪聲的基本理論進行了詳細闡述。在激光器的數(shù)值模型中加入量子噪聲，對光學(xué)頻率梳齒的橡皮筋模型和脈沖時間抖動特性進行了模擬。4.實驗研究了兩臺獨立運轉(zhuǎn)的摻鐿光纖飛秒激光器的相干脈沖合成。使用光學(xué)平衡互相關(guān)的方法鎖定兩臺激光器的重復(fù)頻率，得到兩臺激光器的剩余相