紅外飛秒光梳非線性精密光譜原理與方法

《紅外飛秒光梳非線性精密光譜原理與方法》是依託華東師範大學，由曾和平擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：紅外飛秒光梳非線性精密光譜原理與方法
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：曾和平
• 依託單位：華東師範大學

項目摘要

本項目旨在發展寬頻紅外波段高精度光譜測量的新方法，克服寬譜測量和高精度頻譜分辨相互制約的矛盾，實現寬波段甚多模式光譜振幅和相位信息的相干探測；探索一種實現光譜測量精度和靈敏度同時提升的新機制，利用紅外光場時域/頻域精密控制，實現高精度和高靈敏度光譜測量的有機結合，解決現有高靈敏度痕量光譜分析難以獲得高精度光譜測量的難題；結合寬頻紅外光梳的非線性頻率轉換和時頻精密控制的相干拍頻探測，實現甚多模式寬波段紅外光學頻譜信息的光學快速取樣，形成光梳相干頻譜標識的高精度光譜分析新技術，以全新的光譜信息取樣技術解決常規高精度光譜測量依賴於複雜的光譜儀的技術瓶頸。項目同時發展寬頻紅外光梳非線性光譜技術方法的若干創新套用，帶動光譜成像和痕量分析領域的基礎前沿研究，促進單分子紅外特徵指紋光譜探測、高動態範圍紅外光譜實時快捷測量、基於光梳時-頻域精密控制的相干光譜成像等套用基礎研究。

結題摘要

本項目主要研究了紅外光梳光譜與寬頻多模式紅外光子非線性頻率轉換相結合的高靈敏光梳光譜技術，實現高精度、高靈敏度、寬波段紅外光梳光譜測量。首先構建了具有高頻譜穩定性、寬波段相干性、時域精密操控的紅外光纖光梳源，進而發展了紅外光纖飛秒光梳的高功率放大和穩定控制技術。在探測方面，項目結合紅外光子非線性頻率轉換技術，將紅外光子高效率的轉換到可見光波段，實現了高靈敏探測。在光譜信息取樣方面，採用多模式光梳相干拍頻探測的方式，獲取周期性超快光學取樣，實現光頻相位和振幅信息的直接讀取，獲得了極好的頻譜測量精度。項目促進了分子紅外特徵指紋光譜探測、高動態範圍紅外光譜實時快捷測量、光梳相干光譜成像等創新套用。 在光纖飛秒雷射噪聲控制的機制研究方面，本項目探明了影響高精度控制以及光梳噪聲抑制的內在機制，實現了一種被稱之為“呼吸子”的超快雷射脈衝，確立了通用的、可靠的在雷射器中激發呼吸子的方法，利用快速探測方法-色散傅立葉變換法，在實驗上揭示了呼吸子的光譜和時域實時演化動力學特性。 項目在探索光纖飛秒雷射鎖模及其與耗散波耦合機制的內在機理的同時，發展出一種光纖雷射全自動鎖模的新技術，實現了穩定的、自啟動的、超低噪聲的光纖飛秒雷射器。 此外，基於光纖飛秒光梳鎖模機理探索以及精密控制技術創新，項目進一步研製完成了長期穩定近紅外（摻鉺）飛秒光學頻率梳。為提高光譜測量的靈敏度，項目發展了超靈敏雙光梳表面增強拉曼光譜技術，重點解決了非線性光譜測量中靈敏度低的問題，同時將傳統表面增強光譜技術測量時間由毫秒量級壓縮至微秒，為痕量污染物檢測、生物分子成像與大分子診斷提供了實時測量新方法。 在雙光梳氣體痕量分析方面，項目發展了頻譜漂移精確跟蹤、光譜相位實時修正補償等方法，形成自適應前向反饋補償、自適應光學穩頻等技術，並研製完成基於自適應雙光梳光譜技術的分子光譜精密測量儀器，解決了其長期穩定控制的難題。