前向反饋式飛秒光梳放大與相干合成

《前向反饋式飛秒光梳放大與相干合成》是依託華東師範大學，由李文雪擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：前向反饋式飛秒光梳放大與相干合成
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李文雪
• 依託單位：華東師範大學

項目摘要

高功率飛秒光學頻率梳在精密光譜學、光學頻率測量等領域有著廣泛的套用。光纖雷射以其緊湊型、穩定性等特性，是實現光梳的理想雷射源之一。大模場光纖放大技術，促進了高功率光梳的發展。為了使雷射載波包絡相位穩定，相位伺服鎖相環和差頻產生的方法被廣泛採用，然而，兩者存在著對振盪源有負面影響、鎖定精度受限的不足。在本項目中，我們提出基於前向反饋式飛秒光梳放大與相干合束，擬利用聲光頻移器，採用自參考前向反饋技術，鎖定後光纖光梳線寬將可控在毫赫茲量級，相位噪聲和時間抖動分別可控在百毫弧度和百阿秒量級。這種精確控制光纖光梳為進一步相干合束實現高功率光梳奠定了基礎。光梳相干放大合束，突破單一放大系統的功率放大瓶頸。擬通過前向反饋式操控分束後的雷射的載波包絡相位漂移，實現零頻噪聲檢測與補償，實現光梳相干合束。光纖高功率光梳放大系統的研製不僅可以為全波段光梳提供高能脈衝光源，同時它還是實現光梳精密光譜的基礎。

結題摘要

高功率飛秒光學頻率梳在精密光譜學、光學頻率測量等領域有著廣泛的套用。光梳相干放大合束是突破單一放大系統的功率放大瓶頸的有效方法。為了實現兩路時頻域精密控制的超短脈衝相干合成，我們採用鈦寶石雷射器的紅外光譜成分作為種子光；搭建兩路並行的光纖放大器，採用級聯式結構，合理設計每級放大器的增益，分別採用單模光纖、光子晶體光纖，實現平均功率從毫瓦到百瓦的超短脈衝放大。通過測量放大後超短脈衝的時頻域特性，證明放大過程中的自發輻射噪聲、自相位調製噪聲均得到有效抑制。採用基於聲光移頻器的前饋式載波包絡相位補償方式，分別對兩路放大器引入的載波包絡相位噪聲進行有效控制，通過對拍頻信號進行濾波、放大然後驅動聲光移頻器，自適應地補償了放大前後脈衝的載波包絡相位飄移。對脈衝載波包絡相位飄移測量的結果表明：加入反饋後，飄移範圍得到有效控制。實驗上，採用偏振式結構實現兩路超短脈衝的相干合成，合成前兩路超短脈衝的脈衝寬度分別是254 fs和296 fs，合成後脈衝寬度為277 fs。通過測量合成前後的光譜，在光譜上觀察到了明顯的干涉條紋，說明放大過程中的相位噪聲得到有效抑制，脈衝的相干性得到很好的保持。同時，為了實現穩定的偏振式相干合成，本項目採用最小值算法，根據合成後功率的變化得到兩路放大器的相位差信息，進而決定相位控制器的補償方向和補償量大小，結合單片機，實現數位化的鎖定，獲得大於90%的合成效率。本項目採用前饋式載波包絡相位補償方式和數位化相位補償技術，實現了脈衝寬度小於300 fs的超短脈衝偏振式相干合成，為載波包絡穩定的多路超短脈衝相干合成和光譜組束提供了技術參考。