《超快時域光譜分析系統的機理研究及最佳化設計》是依託華中科技大學，由張馳擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：超快時域光譜分析系統的機理研究及最佳化設計
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張馳
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目主要研究基於時域透鏡聚焦的超快光譜分析系統。光譜作為物質結構信息的重要載體，也是光學測量的核心部分，我們研究的高速光譜分析則能夠測量動態的物質結構信婆贈芝息。相比於傳統的基於空間色散的光譜分析儀，機械掃描光柵的過程限制了其速度，不能觀測快速的動態光譜。利用光纖的時域色散取代空間色散能極大煉定的提升光譜探測速率，但這種色散拉伸的過程只能對周期性的脈衝光譜進行觀測。為克服這一限制，本項目碑乃祖將研究利用時域聚焦透鏡在焦平面上傅立葉變換的特性，可實現光譜信息向時間軸的實時轉化，這一方案能夠實現對任意波形的光譜測量，較高的探測靈敏度，以及高達100-MHz的採樣頻率。另一方面，本項目將著重研究利用多個時域透鏡的結構來最佳化提升測量指標，分別實現更高的採樣頻率、更高的光譜解析度、以及更大的測量頻寬。基於此高速光煮櫃敬譜分析系統，可進一步研究升級傳統光譜分析系統，並探索新的套用領域。
結題摘要
光譜作為物質結構信息的重要載體，也是光學測量的核心部分，我們研究的高速光譜分析則能夠測量動態的物質結構信息。本項目創新性地提出了基於時域透鏡聚焦的新方案，直接在時域上獲取光譜信息，擴大了快速光譜分析的觀測視窗，拜船拘悼具體研究成果包括如下內容：第一，利用非線性薛丁格方程來完善參量時域光譜分析儀的理論模型，對比單時域透鏡以及雙時域透鏡的時域聚焦系統，研究色散的匹配關係及高階充整促色散的影響；第二，最佳化少乘翻酷參量混頻的過程及非線性波導，這是實現時域透鏡的物理基礎，通過研究不同的非線性波導材料，包括色散平坦的高非線性光纖以及色散設計的矽基集成波導，實現了較大的參量混頻轉換頻寬(30nm)及較高的轉換效率(-10dB)；第三，基於非線性偏振旋轉的被動鎖模摻鉺光纖雷射器，實現脈衝寬度<500fs，光譜譜寬>20nm，平均功率>10dBm的輸出脈衝，通過控制腔長，實現重複頻率10MHz至100MHz的連續可調，並通過壓電陶瓷搭建雷射腔的鎖相反饋環，實現雷射器重複頻率的鎖定，減小系統的時域抖動、提升光譜測量精度。第四，將差頻雙光頻梳與超快時域光譜分析系統結合，利用時域放大特性，100MHz的探測頻寬便可實現2pm的光譜解析度。第五，基於微波光子學的思路，通過高速的光調製器可將微波信號載入到光載波上，其光譜信息反映了電信號射頻譜的信息，結合超快時域光譜分析系統，可實時獲取電信號的射頻譜。實時的測量過程可實現1GHz的解析度以及800GHz的觀測頻寬；與差頻雙光頻梳系統相結合，可將射頻譜解析度提升至100MHz。在該項目資助下，發表與本課題相關的SCI論文10篇和國際會議論文12篇，其中在IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics發表邀稿的綜述論文1篇，在Optics Letters發表3篇，在Optics Express發表5篇，在IEEE Photonics Technology Letters發表1篇，在本領域頂級國際會議CLEO上發表論文4篇。培養博士生4名，培養碩士生6名，項目結題成果整體上達到預期。
