光纤飞秒光梳高功率放大与控制

【摘要】高精度宽谱带的光学频率梳是研究时频域可分辨精密光谱测量、相干反斯托克斯拉曼光谱成像、光梳精密测距等前沿科学领域的重要实验工具。光学频率梳向紫外、极紫外以及中红外、远红外的频率拓展,都离不开高功率高精度的光梳作为驱动源。本论文围绕着这一主题,以“光纤飞秒光梳高功率放大与控制”为主线,开展多波段光纤放大器性能优化和结构改进,多色超短脉冲精密时域同步,高功率多波长光学频率梳的产生,以及光梳相干合成中零频噪声抑制等方面的研究工作。论文针对飞秒脉冲级联式高功率光纤放大过程中的相位噪声问题,采用后向反馈的控制方案实现平均功率百瓦量级的超短脉冲载波包络相位及重复频率的精密锁定。同时,对于光梳相干合成中放大器引入的载波包络相位噪声,发展了基于声光移频器的前向反馈式补偿技术,有效抑制了梳齿的频率漂移,为基于相干合成和光谱组束实现高功率宽谱带的光学频率梳提供了实验基础。本论文的主要内容和创新点归纳如下：1.研制多个中心波长的超短脉冲光纤放大器,研究入射脉冲宽度,光纤掺杂浓度,放大器结构对脉冲时频域特性的影响。1)以掺镱新型陶瓷锁模激光器为种子源,采用大模场面积光子晶体光纤,实现中心波长1031nm,平均功率303W的超短脉冲。2)基于非线性偏振旋转锁模和全光纤级联放大技术,实现中心波长1064nm,平均功率20W的小型化全光纤皮秒激光器,并研究其长期工作的稳定性要求。3)采用偏振分离式放大结构,实现中心波长1560nm掺铒单模光纤的高效率低噪声放大,斜率效率提升16%,有效抑制1530nm处放大的自发辐射噪声。2.发展了高功率多波长超短脉冲的精密时域同步技术,为进一步探索宽谱带高功率的光学频率梳提供精确同步的多色飞秒脉冲。1)实现平均功率近百瓦量级的掺镱光纤激光与掺铒光纤激光、钛宝石飞秒激光的三波长超短脉冲精密时域同步,进一步发展光谱分割放大、交叉吸收调制的同步方法,获得同步抖动在飞秒量级的800nm,1030nm1550nm的超短脉冲。2)基于光学倍频,实现高功率超短脉冲的频率拓展,获得平均功率16.7W的515nm同步绿光输出,转换效率为33%。3.研制高功率近红外光学频率梳,获得了载波包络相位锁定精度在毫赫兹量级的超短脉冲,并通过非线性频率转换,拓展光梳的光谱范围。1)基于钛宝石飞秒振荡器和大模场面积光纤放大器,采用反馈控制振荡器泵浦功率的方法,获得了平均功率100W的高功率光梳脉冲,其载波包络零频线宽为2.25mHz。2)实验研究了自参考与交叉参考的f-2f测量方法对于精密锁定超短脉冲载波包络相位偏移频率的影响,对同一套系统,采用不同测量方法,锁定后的相位噪声分别为0.41rad和0.49rad,锁定后的线宽分别为1.86mHz和2.06mHz。3)基于非线性光学频率转换,实现光学频率梳的光谱拓展,获得平均功率12.8W的可见绿光和平均功率1.62W的紫外脉冲,近红外到紫外光的转换效率为3.85%。4.探索通过相干合成的方法提高光梳的平均功率,采用前向反馈方案,有效抑制光梳在光纤放大过程中载波包络相位相对漂移噪声,实验研究了两路光梳相干合成前后的时频域特性。1)基于Mach-Zendar干涉仪,研究高重复频率超短脉冲放大前后载波包络相位偏移频率的相对漂移,采用声光移频器前向反馈控制方法,相对漂移从自由运转的±15Hz降低到补偿后的±1.5Hz,相位噪声从0.23rad降低到0.14rad。2)基于主振荡-功率放大装置,以钛宝石光学频率梳为种子光源,实现两路平均功率10w的光纤放大器在光梳放大过程中,载波包络相位相对漂移噪声的主动补偿,实验研究了合成后脉冲宽度,光谱形状的变化,为探索脉冲相干合成实现高功率、多波长、高精度的光学频率梳提供新途径。
【作者】杨康文；
【导师】曾和平；
【作者基本信息】华东师范大学，光学，2014，博士
【关键词】光学频率梳；多色激光同步；载波包络相位稳定；高功率光纤放大；脉冲相干合成；

【参考文献】
[1]张雨.柚皮素缓解小鼠金黄色葡萄球菌肺炎的损伤作用及其机制的研究[D].吉林大学,基础兽医学,2014,硕士.
[2]王俊海.大跨度连续刚构桥悬浇施工支撑系统力学特性研究[D].长安大学,建筑与土木工程（专业学位）,2014,硕士.
[3]赵坤.内部控制质量与企业价值相关性的实证研究[D].沈阳理工大学,会计学,2012,硕士.
[4]肖笛,程勉,高为炳.参数空间中鲁棒稳定性问题[J].自动化学报,1991,02:137-143.
[5]王建新.基于Internet远程监控系统研究[D].河北农业大学,农业机械化工程,2004,硕士.
[6]李乐勤.越南、泰国学生对汉语普通话声调的范畴感知研究[D].广西师范大学,语言学及应用语言学,2014,硕士.
[7]张艳青.外科重症监护病房医院感染发病率及危险因素的前瞻性队列研究[D].福建医科大学,流行病与卫生统计学,2013,硕士.
[8]陈兵.基于SWAT模型的沿渡河流域气候及土地利用变化的水文响应研究[D].华中师范大学,自然地理学,2014,硕士.
[9]张鹤小.固相微萃取高效液相色谱法测定工业污水中酚类环境激素[D].沈阳师范大学,分析化学,2013,硕士.
[10]卞美瑾,王菊霞,史炳辉.关于数字录像机声音信号有关问题的探讨[J].广播与电视技术.2002(01)
[11]侯冠群.Ni基复合镀层的制备工艺及其性能研究[D].西安科技大学,材料物理与化学,2014,硕士.
[12]周佳.浏阳花炮媒介形象构建研究[D].湖南大学,新闻传播学,2013,硕士.
[13]刘兴华.完善我国房地产税收制度的研究[D].山东财经大学,财政学,2012,硕士.
[14]薛竣.不同铁源强化蓝藻产甲烷过程的研究[D].合肥工业大学,环境工程,2014,硕士.
[15]刘世平,姚玉辉.金融交叉销售[J].数字财富,2003,05:58-59.
[16]郭芹.张云翠盗窃案研究[D].黑龙江大学,法律,2013,硕士.
[17]游俊.黄骅拗陷中区异常压力带的分布及其形成机制[J].石油地球物理勘探,1997,S1:141-147+164-194.
[18]毛田,姚建刚,辛军,康童,邓道福,赵军毅.110kV配电网智能检修与安全校核管理系统[J].电力系统自动化,2013,02:125-129.
[19]施炜.PAR方法应用于管理信息系统开发方法的初步研究[D].江西师范大学,计算机软件与理论,2004,硕士.
[20]刘娟.XrML权利描述语言逻辑实施机制研究[D].曲阜师范大学,教育技术学,2013,硕士.
[21]柳佳丽.明清与当代女性人物画家比较研究[D].河北师范大学,美术学,2013,硕士.
[22]范鹏.ZM-1镁合金直接化学镀镍磷合金工艺及其性能研究[D].哈尔滨工业大学,化学工程与技术,2013,硕士.
[23]厉坚.30届奥运会中外男篮比赛犯规特征的对比分析[D].北京体育大学,体育教育训练学,2013,硕士.
[24]孙纪尧.“电子战”的维度识别性研究[D].哈尔滨工业大学,科学技术哲学,2014,硕士.
[25]于万波.微污染水源水的深度净化处理[D].大连理工大学,环境工程,2004,硕士.
[26]开金星.基于矩形波导传输/反射法测量K和Ka波段微波材料电磁参数的研究[D].南京邮电大学,电子与通信工程（专业学位）,2013,硕士.
[27]于方明.新型植物生长调节剂不同配方与浓度对玉米光合特性及氮代谢的影响研究[D].湖南农业大学,植物营养学,2004,硕士.
[28]徐伟恒.手持式超站测树仪研制及功能测试研究[D].北京林业大学,林业装备工程,2014,博士.
[29]高原英.基于稳定性的多因素SNP关联分析算法[D].西安电子科技大学,计算机应用技术,2012,硕士.
[30]刘彩萍.基于晕反应指数的运动病大鼠生物学指标筛选[D].第二军医大学,营养与食品卫生,2013,硕士.
[31]张建敏,黄永光,周文美,尤小龙,赵辰路,周纪廷.2株链霉菌的鉴定与酿造主要应激条件耐受性研究[J].酿酒科技.
[32]马雪.丙酸系列离子液体及其稀溶液物理化学性质研究[D].辽宁大学,有机化学,2012,硕士.
[33]韩文英.荧光碳纳米粒子的制备、表征及其在细胞标记中的应用[D].山西大学,2011.
[34]李军.β细胞素对肝癌侵袭转移的影响及机制研究[D].第四军医大学,外科学（专业学位）,2014,硕士.
[35]陈遵德,杨金华,杨舒,朱广生.速度闭合差校正方法[J].石油地球物理勘探,2000,03:381-385+402.
[36]郭俊梅.昆区外来务工子女的心理状况及教育管理对策[D].内蒙古师范大学,教育（专业学位）,2013,硕士.
[37]梁晨.创新集群知识资源配置模式研究[D].吉林大学,技术经济及管理,2013,硕士.
[38]曾勇.上海市种植业绩效评估与空间分析[D].华东师范大学,人文地理学,2004,硕士.
[39]崔捷.基于AIS数据的船舶危险驶过研究[D].大连海事大学,交通运输工程,2014,硕士.
[40]陈曦.上海新东基公司人力资源管理系统的设计与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[41]杨雷.基于信号先验信息的DOA估计算法研究[D].哈尔滨工业大学,信息与通信工程,2013,硕士.
[42]闫志广.高中化学习题中探究性问题的解决策略研究[D].河北师范大学,学科教学,2013,硕士.
[43]陈林枫.旨在降低测试时间和测试功耗的扫描树设计研究[D].哈尔滨工业大学,微电子学与固体电子学,2013,硕士.
[44]安航行.基于LVDS的图像信号源设计与实现[D].中北大学,测试计量技术及仪器,2013,硕士.
[45]汪任.一类有限维代数的分配性[D].湖北大学,基础数学,2012,硕士.
[46]李晓菲.yolk-shell型氧化硅材料负载Pd纳米粒子用于水相烯烃加氢[D].山西师范大学,化学,2013,硕士.
[47]孔培.山东地质印刷厂发展战略研究[D].山东师范大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[48]何正阳.将流行音乐元素应用于视唱练耳教学的探究[D].西安音乐学院,视唱练耳,2014,硕士.
[49]焦方性.略述中国有线电视产品技术的发展[J].中国新闻科技.2000(07)
[50]赵胜芝,李建华,赵军.单输入单输出切换系统的一致标准形及可镇定性[J].控制与决策,2005,10:1161-1164.