《基於獨立飛秒雷射源的長時間穩定的相干脈衝合成》是依託天津大學，由宋有建擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於獨立飛秒雷射源的長時間穩定的相干脈衝合成
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：宋有建
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
相干脈衝合成是超快科學與技術的重要工具，可以實現單周期甚至亞周期的超短雷射脈衝合成、任意波形或任意光譜形狀產生、以及能量合束等功能，對原子尺度的超快動力學的研究、超寬頻信息處理、強場物理等領域具有極高的價值。從時間域上講，有效的飛秒雷射脈衝相干合成要求脈衝包絡與包絡之下的雷射電場嚴格匹配。或者對應到光譜域：飛秒雷射頻率梳的梳齒嚴格重合，即具有完全相同的縱模間隔與載波包絡偏移頻率。本項目提出一種獨立飛秒雷射源的相干脈衝合成方案：基於平衡光學互相關方法鎖定重複頻率，利用前饋鎖相技術在諧振腔外消除兩台飛秒雷射器間的載波包絡相位差，重複頻率與載波包絡偏移頻率的鎖相環相互獨立，將兩台飛秒雷射源的脈衝包絡之間的時間抖動及載波包絡偏移相位之間的時間抖動均降低至阿秒量級，實現高質量的長時間穩定的相干脈衝合成。
結題摘要
超短雷射脈衝的相干合成對於單周期甚至亞周期的超短雷射脈衝合成、任意波形或任意光譜形狀產生、超快雷射能量合束具有極高的價值。然而，超短脈衝相干合成具有極大的挑戰性，體現在對飛秒雷射的兩個獨立自由度（重複頻率和載波-包絡相位）的控制精度必須同時到達1/10光學周期，即百阿秒(as, 10^-18 s)量級。本項目探索一種阿秒精度的獨立飛秒雷射源的相干脈衝合成方法：利用具有阿秒時間分辨力的平衡光學互相關技術實現重複頻率鎖相；在此基礎上，利用平衡零拍探測技術提取兩台飛秒雷射器的相對載波-包絡偏移頻率，通過反饋控制腔外的聲光頻移器，實現載波-包絡相位的鎖定。在項目進展過程中，我們注重飛秒雷射相干合成的物理機理的探索。揭示了腔外載波-包絡相位穩定技術能夠獲得Schawlow-Townes極限的載波-包絡相位噪聲水平。尤其是，本項目組發現，飛秒雷射器的自發輻射的量子噪聲是限制高質量的相干合成的核心因素。通過調控飛秒雷射振盪器的脈衝動力學過程，量子噪聲得到有效的抑制，這極大地放寬了電子鎖相環路的設計要求，並最終實現了長時間穩定的相干脈衝合成，鎖定時長達到1個小時，遠遠優於立項時所預期的秒量級鎖定時長。項目執行期間，獲得了豐碩的研究成果，發表學術論文26篇，其中，JCR一區文章1篇，二區文章11篇，培養研究生5名。特別地，長時間穩定的摻鐿飛秒光纖雷射器的相干合成的研究工作被Optics Letters以封面文章的形式發表；本人與韓國先進科學技術研究院的Kim Jungwon教授合著的題為“超低噪聲的鎖模光纖雷射器與頻率梳：原理、現狀及套用”的長篇綜述文章，發表在Advances in Optics and Photonics期刊上（2015年影響因子：12.37）。
