双路光谱展宽的钛宝石飞秒光学频率梳系统

对中国计量科学研究院研制的第一代基于钛宝石飞秒激光器的光学频率梳系统进行了改进和优化. 通过对激光器重复频率、光谱展宽以及拍频信号探测等方面的改进,有效地降低了光谱展宽的复杂性,提高了飞秒光学频率梳系统的稳定性和激光频率测量的便捷性. 采用该光学频率梳系统对碘稳频532 nm和碘稳频633 nm激光绝对频率进行了测量,测量结果在国际推荐值的不确定度范围之内. 关键词： 光学频率计量 飞秒光学频率梳 光谱展宽     

长时间精密锁定的掺Er光纤飞秒光学频率梳

自行研制了基于掺Er光纤飞秒激光器的光学频率梳并实现了重复频率 f_r信号和载波包络偏移频率(Carrier-envelope offset, f_o) 信号的精密锁定, 锁定后的 f_r信号和 f_o 信号的频率抖动量的标准偏差分别为0.515 mHz和93.13 mHz.     

基于飞秒光学频率梳的大尺寸精密测距综述

飞秒光学频率梳的出现对时间频率技术和光谱学技术产生了深远重大的影响,由此衍生的飞秒光学频率梳绝对测距技术以其快速、大尺寸、高精度等优点已成为国际研究热点,并有望直接应用于大装备制造、激光雷达和卫星编队飞行等大尺寸精密测距。在简要阐述飞秒光学频率梳的原理特性及主要应用的基础上,围绕光梳测距的发展历程及前沿方向,着重介绍了飞秒光梳精密测距近两年来的最新研究进展,并对该技术进行了总结和展望。     

飞秒光学频率梳高精度气体吸收光谱技术进展

飞秒光学频率梳以其频谱宽、脉宽窄、频率稳定度高等优点,对光学频率计量、绝对距离测量、高精度光谱测定产生重大影响。飞秒光学频率梳的时域特性和频域特性溯源至微波频率基准,使得高精度气体吸收光谱探测成为可能。飞秒光学频率梳光谱技术具有测量速度快、光谱灵敏度高、分辨率高、信噪比高等优点,因此加大对飞秒光学频率梳光谱技术的研究力度将更好地服务于环境保护、工业生产、生物医学、科学研究等各领域。飞秒光频梳高精度气体吸收光谱主要可分为光频梳腔衰荡光谱、光频梳腔增强光谱和双光频梳多外差光谱。其中,根据采集方式不同,光频梳腔增强光谱又可分为梳齿游标测量法、虚拟成像相位阵列测量法和傅里叶变换测量法。目前,国外已广泛开展相关研究,而国内仍处于起步阶段。本文综述了飞秒光学频率梳高精度气体吸收光谱探测的主要技术方法,展示了不同测量方法典型的实验方案,分析了各探测方法的优缺点,并追踪了主要研究小组的前沿成果。     

极紫外飞秒光学频率梳的产生与研究进展

飞秒光学频率梳对光学频率精密测量和超快科学的发展起到了至关重要的作用,而将其拓展至极紫外波段,即可作为阿秒脉冲、紫外非线性光学、电子跃迁光谱探测以及量子电动力学等研究的有力工具.极紫外飞秒光学频率梳需要通过高重复频率、高峰值功率的飞秒激光驱动高次谐波间接产生.本文从极紫外飞秒光学频率梳的产生原理出发,首先对其驱动源参数要求以及获取方式进行了介绍,分别对比了啁啾脉冲放大技术、光参量啁啾脉冲放大技术、光纤放大技术和飞秒共振增强放大技术用于驱动极紫外飞秒光学频率梳产生的优缺点及适用性.其次,针对共线和非共线产生高次谐波的两种方式,详细阐述了国际上常用的几种极紫外飞秒光学频率梳的耦合输出方法.最后,从基于飞秒共振增强腔、光参量啁啾脉冲放大器和由振荡器直接产生的极紫外飞秒光学频率梳三个角度出发,对其研究进展进行了综述,并对目前尚待优化的问题进行了总结.     

基于飞秒光学频率梳相关探测的绝对测距

提出了一种基于飞秒光学频率梳相关探测的绝对距离测量方法,通过检测测量信号与参考信号的相关条纹,实现了绝对距离测量。研究了一阶相关函数的测量模型,建立了基于非平衡迈克耳孙干涉光路的测量系统,通过拟合一阶相关函数包络并提取其峰值精确判断脉冲重合位置,获得了被测距离。设计并配合长导轨进行了3 m的绝对距离测量实验,并与商用干涉仪测量结果进行实时比对。基于大量实验数据,针对环境因素及系统误差进行了分析,并进行了误差消除与补偿。研究结果表明,所提方法在500 min长期测量中,在3 m的测量范围内的最大测量误差为5.85μm,测量标准差为2.20μm。     

飞秒频率梳和单频激光干涉光谱的实验研究

本文研究了光学频率梳输出的整形后飞秒脉冲激光和单频激光的干涉光谱。实验中光学频率梳和单频激光干涉的信号包括直流项、光学频率梳输出的脉冲激光相邻模式之间的干涉项和光学频率梳脉冲激光与单频激光之间的干涉项。实验上研究了光学频率梳脉冲激光与单频激光干涉信号间距和单频激光频率的关系,提供了一种快速直接测量单频激光频率的有效方法。研究了光学频率梳输出的飞秒脉冲光经过铷泡后与单频激光干涉信号和单频激光频率的关系,获得铷原子吸收光谱。该研究工作对于原子分子高精密光谱测量具有一定的意义。     

2005年诺贝尔物理学奖与光学频率梳

光学频率梳是2005年诺贝尔物理学奖的重要内容，本文结合时间频率标准的发展历史，简要介绍了飞秒频率梳的基本原理、发明背景、科学意义及研究趋势．最后通过对该项发明的思考，浅谈了一点对科学研究方法的不成熟认识．     

2005年诺贝尔物理学奖与光学频率梳

光学频率梳是2005年诺贝尔物理学奖的重要内容,本文结合时间频率标准的发展历史,简要介绍了飞秒频率梳的基本原理、发明背景、科学意义及研究趋势.最后通过对该项发明的思考,浅谈了一点对科学研究方法的不成熟认识.     

钛宝石飞秒激光振荡器的稳定性改善

对钛宝石飞秒激光器脉冲序列的强度和时间的稳定性进行了分析.实验比较了钛宝石飞秒激光器底板有无水冷的条件下,输出锁模脉冲序列的稳定性以及中心波长和光谱宽度的变化.结果表明对钛宝石飞秒激光器底板施加水冷可改善锁模脉冲的稳定性. 关键词： 钛宝石激光器 稳定性 飞秒脉冲     

飞秒超强激光多通预放大过程中的脉冲信噪比研究

从啁啾脉冲放大的基本理论出发,详细计算了啁啾脉冲在多通预放大中各个时间点的增益情况,并设计了一个十通预放大器进行了实验研究. 结果显示,在抽运通量为1.6 J/cm²的非饱和放大情况下,种子脉冲经过十通预放大之后信噪比由10^-5提高到10^-7. 这表明在非饱和抽运通量下,多通预放大器可以有效提高激光脉冲的信噪比. 关键词： 多通预放大 信噪比 飞秒钛宝石激光器     

采用飞秒光纤激光同步泵浦的自启动锁模钛宝石激光研究

针对常规连续激光泵浦钛宝石激光振荡器不能自启动锁模的缺点,采用倍频飞秒光纤激光同步泵浦,通过调节振荡器腔长与泵浦腔长匹配,实现了飞秒钛宝石激光的自启动锁模。实验中采用3.4 W的倍频掺镱光纤激光同步泵浦钛宝石激光振荡器,获得了平均功率大于130 mW、重复频率75 MHz、光谱宽度大于47 nm、脉冲宽度17 fs的锁模脉冲输出,不仅能够稳定可靠地实现自启动锁模,解决了常规钛宝石激光振荡器锁模启动的困难,而且还具有同步输出1040,800,520 nm三束飞秒激光的特点,为进一步开展飞秒激光相干合成以及光参量放大等研究提供了优势基础。     

Three-photon excitation ofp-quaterphenyl with a mode-locked femtosecond Ti:sapphire laser

We observed emission fromp-quaterphenyl (p-QT) at 360 nm when exposed to the focused light from a femtosecond (fs) Ti:sapphire laser at 850 nm. This wavelength is too long to allow two-photon excitation of p-QT. The emission intensity of p-QT was found to depend on the cube of the laser power at 850 nm, suggesting that excitation occurs due to a three-photon process. The same emission spectrum and single exponential decay times were observed for three-photon excitation at 850 nm as for two-photon excitation at 586 nm and for one-photon excitation at 283 nm. The same rotational correlation times were observed for one-, two-, and three-photon excitation, but higher time-zero anisotropies were observed for two- and three-photon excitation. The steady-state anisotropies for one-, two-, and three-photon excitation are precisely consistent with cos², cos⁴, and cos⁶ excitation photoselection, where is the angle between the electric field of the incident light and the absorption dipole. These experiments were performed with 3×10^–5 M solutions of p-QT. Use of such low concentrations was possible because p-QT displays one of the highest apparent cross sections we have observed to date for three-photon excitation. The spatial distribution of the excited fluorescence was less for three-photon excitation than for two-photon excitation of Coumarin 102 at the same 850-nm excitation wavelength. The high cross section, photostability, and clear cos⁶ photoselection of p-QT make it an ideal three-photon standard for spectroscopy and microscopy.     

低阈值掺钛蓝宝石激光器实验研究

结合特殊的谐振腔设计和半导体可饱和吸收镜，建成了一台低阈值的自启动掺钛宝石激光器 . 分别用3％和12％的输出耦合镜，获得了阈值低至390mW和600mW的稳定锁模脉冲输出. 采 用12％输出耦合镜，在12W抽运时，输出平均功率为114mW，对应的典型脉宽为17fs，谱宽 为47nm. 相对于以往的低阈值克尔透镜锁模激光器，锁模工作的范围区域加宽，减小了操作 难度，提高了稳定性. 关键词： 低阈值 半导体可饱和吸收镜 克尔透镜锁模 掺钛蓝宝石激光器     

MW级峰值功率掺钛蓝宝石激光振荡器

在常规重复频率77 MHz掺钛蓝宝石飞秒激光器的基础上,通过腔内引入Herriott型多通望远镜系统增加总腔长及对腔内色散的深入分析和实验控制,实现了低重复频率、高脉冲能量飞秒激光振荡的稳定运行.在连续功率8.2 W的532 nm激光抽运下,得到了重复频率11 MHz、单脉冲能量达72.73 nJ、对应峰值功率MW量级的结果.相对80 MHz重复频率下6.25 nJ的单脉冲能量及150 kW的峰值功率,其输出能力提高了约一个量级. 关键词： 飞秒激光 掺钛蓝宝石激光器 低重复频率 MW     

钛宝石飞秒激光器中孤子分子的内部动态探测

孤子是自然界中一种基本的非线性波动传递形式,孤子间的相互作用能够映射出复杂非线性系统的多体动力学过程,具有重要的基础研究价值.被动锁模激光器是研究孤子相互作用的理想平台.光孤子之间的吸引、排斥作用能够形成孤子分子,而时间拉伸色散傅里叶变换(TS-DFT)技术使得实时探测孤子分子动力学成为可能.基于TS-DFT技术,本文实验研究了钛宝石飞秒激光器产生的孤子分子的内部动态,通过改变抽运功率,分别观察到了间隔为180 fs的稳定的孤子分子和间隔为105 fs的具有微弱相位振荡的孤子分子,后者的振动幅度仅为0.05 rad.实验发现受到环境影响,稳定态的孤子分子还能够转变为相位滑动状态.这些间隔为百飞秒量级的光学孤子分子对于研究孤子的近程非线性相互作用具有突出的意义.     

飞秒钛宝石放大激光脉冲的载波包络相位测量与控制

通过对重复频率为1 kHz的放大飞秒激光脉冲的光谱干涉实验,结合傅里叶变换进行了载波包络相位漂移的实验研究.在此基础上利用锁相环反馈控制技术实现了对载波包络相位的精密锁定,锁定后的激光脉冲稳态相位均方根误差小于80mrad,锁定时间超过3h.同时在理论上分析了光谱干涉测量放大激光脉冲载波包络相位的原理,给出了光谱干涉信号与载波包络相位的关系. 关键词： 飞秒钛宝石放大器 载波包络相位 光谱干涉 超连续     

频域标定飞秒脉冲干涉自相关迹及钛宝石振荡器实时啁啾监测

采用频域处理的方法首次在频域标定飞秒激光脉冲干涉自相关迹的时间扫描.计算被测脉冲的均方根宽度和啁啾参数，并以此为依据在实验中优化钛宝石振荡器的调节从而获得接近变换极限的115fs脉冲.该方法只涉及到数值积分和快速傅里叶变换，在实验中完全可以用于实时监测振荡器的运行情况. 关键词： 频域标定 钛宝石振荡器 飞秒脉冲 干涉自相关迹