相干拉曼光譜分子測量用光源的研究

《相干拉曼光譜分子測量用光源的研究》是依託河北師範大學，由張書敏擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：相干拉曼光譜分子測量用光源的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張書敏
• 依託單位：河北師範大學

項目摘要

利用相干拉曼光譜進行分子測量，研究物質結構，揭示其瞬態變化過程是目前化學和生命科學等領域新的研究方向。本課題擬研究相干拉曼光譜分子測量用高能量、近變換極限光纖飛秒光源，並用其產生高能量拉曼飛秒光源。光子晶體光纖具有無截止單模、可控色散和非線性及帶隙導光等優點。擬採用基於石墨烯飽和吸收體的摻鐿正色散光纖雷射器作種子源，在大模面積摻鐿光子晶體光纖放大系統中實現放大和自相似演化，利用空心光子晶體光纖對放大後的種子光脈衝進行壓縮和整形，實現高能量、近變換極限飛秒光脈衝。將其注入高非線性光子晶體光纖，產生高能量飛秒拉曼光脈衝。揭示基於石墨烯光纖鎖模雷射器高能量光脈衝形成及穩定傳輸機理，掌握其關鍵技術；研究利用放大技術得到含線性頻率啁啾、無分裂、高能量光脈衝的條件和參數；探討利用三階色散和拉曼自頻移相互作用提高壓縮光脈衝質量的新技術；研究用飛秒雷射脈衝產生高能量拉曼光脈衝的機理、條件，最佳化系統諸參數。

結題摘要

利用氧化刻蝕技術，在FeCl3 溶液中將石墨烯薄膜從襯底上剝離，利用范德瓦爾斯力將該薄膜貼在光纖端面，製備出了石墨烯飽和吸收體。研製了基於石墨稀飽和吸收體的鎖模光纖雷射器，通過調整偏振控制器的狀態和泵浦功率，在摻鉺光纖雷射器中，得到了束縛態孤子、無序的多孤子、孤子團簇、孤子雨、高階諧波鎖模光脈衝等多種孤子動力學模式；在腔長較長的全正色散摻鐿光纖雷射器中，得到了亮脈衝、亮暗脈衝對及其諧波鎖模、暗脈衝及其諧波鎖模，並用數值模擬方法驗證了實驗結果，揭示了光纖鎖模雷射器高能量光脈衝形成及穩定傳輸機理，掌握了其關鍵技術。理論研究了利用正色散、增益隨光纖長度按不同分布函式變化、含三階色散的光纖放大器產生自相似光脈衝的全過程，利用分離變數方法，得到了同時考慮非線性相移和三階色散的共同作用時的相位、啁啾和振幅的表達式；利用數值模擬方法，通過非線性相移和三階色散之間的補償作用，對發生畸變的脈衝進行壓縮，獲得了具有較好壓縮質量的光脈衝。研究發現，對於較小的三階色散，存在一個最優的非線性相移與之對應。利用這個最佳值，我們獲得了具有最高峰值功率的壓縮脈衝，為高能量超短光脈衝的產生、放大與壓縮提供了新思路和理論依據。實驗研究了被動鎖模環形光纖雷射器中自相似脈衝的形成過程，得到了穩定的自相似單脈衝及兩個或多個自相似脈衝的束縛態。利用光子晶體光纖的高非線性，採用同步泵浦的光參量放大技術，得到了相干反斯托克斯拉曼散射光。研製了基於石墨烯可飽和吸收體的L波段摻Er光纖雷射器，獲得了中心波長為1598.2nm的超短脈衝及穩定的2-4次諧波鎖模光脈衝，為L波段高重複頻率光脈衝的產生奠定了實驗基礎。研製了基於碳納米管重複頻率可控的低泵浦被動諧波鎖模摻鉺光纖雷射器。利用雙通M-Z干涉儀，實驗實現了波長從1064nm-1104nm可調的雙包層可調諧摻鐿光纖雷射器的穩定運轉。