基於光參量振盪器的深紫外至中紅外光頻率梳的研究

《基於光參量振盪器的深紫外至中紅外光頻率梳的研究》是依託華中科技大學，由孫敬華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於光參量振盪器的深紫外至中紅外光頻率梳的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：孫敬華
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

從深紫外到中紅外的高精度光頻率梳是精密光梳光譜學和光梳計量學的重要工具，對紅外光譜學、光頻標以及基本物理量的測量等具有重大的意義。光參量振盪器（OPO）中各光脈衝的載波-包絡相位（CEP）的變化是相互耦合在一起的，並且產生的脈衝波長具有大範圍的可調諧性，這使其在產生飛秒光頻率梳方面具有獨特的優勢。本項目將利用OPO的這些特性，在泵浦雷射CEP自由運轉的情況下得到高度穩定的信號光或閒頻光的可調諧頻率梳，並利用多次倍頻的手段將波長擴展到深紫外波段。為此，本項目將研究高重複頻率高功率的Yb光纖雷射泵浦源、基於周期極化晶體的高效率光參量頻率變換和腔內倍頻、光子晶體光纖中超過一個倍頻程超連續的產生以及光頻率梳的精密鎖定等內容，最終實現波長可涉及深紫外到中紅外，結構簡單穩定的可調諧光頻率梳系統。

結題摘要

深紫外至中紅外光學頻率梳是精密光梳光譜學夢寐以求的有力工具，但是如何產生如此大跨度和窄線寬的光頻率梳無論從物理機制還是技術角度來看，都具有極高的挑戰性。本項目的設計方案是採用具有高平均功率的摻鐿（Yb）光纖雷射器作為整個系統的泵浦源，利用光參量變換和二次諧波產生等非線性過程對其進行頻率變換，以期獲得近十個倍頻程的光譜跨度。其研究的關鍵技術難點在於高功率窄脈寬Yb光纖雷射器、高效和多任務的非線性晶體設計、穩定的OPO運轉、利用光子晶體光纖在Yb雷射泵浦下產生一個倍頻程的超連續、高精度的重複頻率（Frep）和載波包絡相位（Fceo）的鎖相迴路。本項目已經獲得了大於20W平均功率，脈衝寬度小於60fs，重複頻率為250MHz的Yb光纖雷射光梳。其重複頻率穩定的秒穩精度已經達到2.8X10^-13，載波包絡相位偏移頻率鎖定精度達到3.3x10^-10。多任務飛秒OPO系統已經實現了集光參量和腔內倍頻於一體的設計和實驗運轉，在OPO腔外獲得了大於200mW的468nm藍光輸出（信號光的二次諧波），對應的閒頻光波長為2680nm附近。經過BBO倍頻，已經獲得了234nm的深紫外光脈衝輸出。此外，在對OPO光梳非常關鍵的準相位匹配晶體設計以及光子晶體光纖超連續產生方面也取得了階段性的成果。在基於非線性包絡方程（NEE）的算法上實現了多任務且具有非周期結構的準相位匹配晶體的設計，理論計算和實驗結果非常匹配。利用非線性薛丁格方程，結合對光子晶體光纖結構的有限元分析，實現了對飛秒光脈衝超連續的產生過程的準確模擬，並對其內在的物理機制有了更深的了解。總體來看，目前深紫外至中紅外光頻率梳在上述關鍵方面都取得了重要突破，並完成了穩定的研究平台搭建，近期將有一系列的成果出現。