锥形镀膜光纤探针中飞秒激光脉冲的传输

采用三维时域有限差分法对飞秒激光脉冲照明下锥形镀膜光纤探针内的光场进行了计算,研究了飞秒脉冲在探针中传输时的时域、频谱和相位特性,并分析了不同锥角和不同长度的探针对这些特性的影响.研究结果发现飞秒脉冲在探针中传输时出现了脉冲展宽、幅值振荡以及频谱分裂等现象,并且利用频谱和相位的变化特性初步解释了脉冲的展宽和脉冲振幅随时间周期性变化等现象. 关键词： 时域有限差分法 飞秒脉冲 光纤探针     

光纤混沌相位编码保密通信系统理论研究

通过耦合激光混沌相位控制同步系统和光纤信道，提出外部光注入半导体激光器激光混沌相 位控制光纤同步以及混沌相位相移键控外调制光纤保密通信系统理论模型，数值实现了在相 位控制器控制下的远程光纤混沌同步.理论分析了光纤自相位调制对混沌信号以及对同步的 影响，导出了光纤混沌最大传输距离公式.通过连续键控调制相位控制器实现了光纤激光混 沌相位相移键控编码调制发射，设置接收系统相位控制器控制激光相位相移实现了光纤激光 混沌同步解调.数值模拟了具有比特率50Mbit/s远程光纤混沌数字编码通信系统的应用，详 细地进行了在远距离光纤传输中的系统参数失配以及系统抗噪声能力的数值分析. 关键词： 混沌 同步 光纤混沌通信 半导体激光器 相位     

基于光学-微波同步的低噪声微波产生方法

低噪声微波在冷原子光钟、光子雷达、大科学装置远程同步等领域具有重要的应用价值.本文介绍了一种基于光学-微波相位探测技术的低噪声微波产生方案,利用光纤环路光学-微波鉴相器,将超稳激光的频率稳定度相干传递至介质振荡器.实验采用梳齿相位参考至超稳激光的窄线宽掺铒光纤飞秒光学频率梳,结合光纤环路光学-微波鉴相器和精密锁相装置,将7 GHz介质振荡器同步至光频梳重复频率的高次谐波,同步后的光脉冲序列与微波信号的剩余相位噪声为–100 d Bc/Hz@1 Hz,定时抖动为8.6 fs [1 Hz—1.5 MHz];通过搭建两套低噪声微波产生系统,测得7 GHz微波的剩余相位噪声为–90 d Bc/Hz@1 Hz,对应的频率稳定度为4.8×10^–15@1 s.该研究结果对基于光学相干分频的低噪声微波产生提供了一种新思路.     

F-P型光纤水听器温度特性研究

温度漂移对水听器系统输出的影响是其实用化进程中的关键技术障碍。这主要表现在温度变化引起水听器探头背衬材料的胀缩和光纤折射率的变化。首先从弹性力学轴对称问题的准静态理论出发分析了背衬材料的应力特性，并用光弹理论及热应力理论分析了温度改变对光纤相位常数的影响，得出了温度影响干涉式光纤水听器光学相位输出的数学表达式。给出了温度变化对水听器光学相位输出影响的实验测量结果，得出了光学相位随温度变化的线性关系图，与理论计算结果吻合。     

光载无线通信系统射频信号相移特性研究

测试研制的28GHz光载无线通信系统时发现,经光纤传输后接收端恢复的基带信号眼图会随时间出现张开与闭合的现象,使通信系统的可靠性遭到破坏。通过实验研究和理论分析发现,射频信号的传输时延会随着光纤周围温度的变化而改变,尤其对载波频率较高、传输距离较长的光载无线通信系统的可靠性影响更为严重。为了克服上述相位漂移问题,提出并实验论证了一种基于载波恢复技术的改进型光载无线通信系统,采用二次下变频结构,从中频信号中提取同步时钟,恢复出幅度稳定的原始基带数据。实验系统实现了28GHz载频、1Gb/s数据速率、25km的光纤传输,系统的误码率小于10~(-9)。     

光纤混沌双芯双向保密通信系统研究

把量子阱激光混沌耦合反馈同步系统应用于光纤保密通信中,提出光纤混沌双芯双向保密通信设想.通过耦合外部光注入多量子阱激光混沌全光耦合反馈同步系统和光纤传输信道,建立了光纤混沌双芯双向通信系统物理模型.理论和数值证明了激光混沌同步,理论分析指出光纤中的自相位调制是限制激光混沌在光纤传输中同步的主要原因,并推导出混沌信号双芯双向传输中的非线性相移以及混沌激光功率限制和传输距离公式.数值实现了该系统在长距离二根光纤传输中的同步,详细地分析了系统同步时间随光纤传输长度的关系.模拟了调制频率06 GHz的混沌模拟通 关键词： 混沌 同步 光纤 保密通信     

光纤布拉格光栅再生过程及模型研究

分别采用800 nm飞秒激光、244 nm氩离子激光,基于相位掩模板法在载氢和非载氢光纤上制备了飞秒载氢、非载氢布拉格光栅及紫外载氢光纤布拉格光栅。对制作的3种光栅进行高温热处理实验,均观察到光栅再生现象。对比了不同热处理温度下的光栅再生时间,建立了光栅再生过程模型以及处理温度-再生时间模型,并定义了光栅再生处理温度阈值。实验和模型研究表明,刻写的飞秒非载氢光栅、飞秒载氢光栅及紫外载氢光栅的再生处理温度阈值分别为888℃、780℃和770℃。载氢再生光栅在高温下有衰退现象,飞秒非载氢再生光栅具有良好的温度稳定性。     

基于预啁啾控制的极宽带光参量放大

在以飞秒钛宝石放大系统的倍频光为抽运光和超连续白光为信号光的光参量放大中,针对抽运光的宽带特点,分析了一种新的极宽带相位匹配方法.结果表明,10nm的抽运光带宽可得到近400nm的相位匹配带宽,若抽运光带宽达到20nm,相位匹配带宽就能达到近600nm.零色散波长为800nm的光子晶体光纤产生的超连续谱经光纤传输后为二次啁啾,宽带抽运光经棱镜对展宽具有线性啁啾,满足了极宽带相位匹配方法所需要的光谱分布.理论计算了对输入脉冲进行预啁啾控制应选择的光纤长度和棱镜对在光路中的插入量,为实现极宽带光参量放大提供了 关键词： 啁啾 极宽带相位匹配 光参量放大 光子晶体光纤     

基于预啁啾控制的极宽带光参量放大

在以飞秒钛宝石放大系统的倍频光为抽运光和超连续白光为信号光的光参量放大中，针对抽运光的宽带特点，分析了一种新的极宽带相位匹配方法.结果表明，10nm的抽运光带宽可得到近400nm的相位匹配带宽，若抽运光带宽达到20nm,相位匹配带宽就能达到近600nm.零色散波长为800nm的光子晶体光纤产生的超连续谱经光纤传输后为二次啁啾，宽带抽运光经棱镜对展宽具有线性啁啾，满足了极宽带相位匹配方法所需要的光谱分布.理论计算了对输入脉冲进行预啁啾控制应选择的光纤长度和棱镜对在光路中的插入量，为实现极宽带光参量放大提供了     

基于单模光纤的交叉相位调制型频率分辨光学开关超短脉冲测量

利用单模光纤中的光弹效应和交叉相位调制(XPM)效应,提出了一种频率分辨光学开关法测量超短脉冲的新方案.在本方案中,单模光纤的前一部分产生可变延迟,后一部分作为非线性介质产生非线性效应.该方案只需一根单模光纤,无须复杂的光路校准,结构简单,损耗低;光纤中的XPM效应易发生,无须相位匹配.对提出的方案进行了数值模拟,采用基于矩阵的主元素广义投影算法,恢复出待测脉冲的幅度和相位信息,并研究了光纤长度和待测超短脉冲的脉冲宽度对测量结果的影响.结果表明:测量准确度随着光纤长度的增加而提高,选取长度为2 km的光纤,就可以实现对超短脉冲的准确测量;本文方案适用于脉冲宽度不小于80 fs的超短光脉冲的测量.     

利用光锁相环路实现40 Gb/s时钟恢复

提出并建立了一种新型的基于光纤四波混频效应和压控光脉冲源的光锁相环路(OPLL),用于光时分复用系统(OTDM)中的时钟恢复过程。从理论上分析了其工作原理,及各模块结构和功能。利用高非线性光纤中的四波混频效应实现全光鉴相器,有效缩短了光纤长度,减小了光纤色散引起的脉冲走离,鉴相器消光比超过30 dB。采用再生锁模光纤激光器实现压控光脉冲源,在保证脉冲质量的前提下,重复频率调节范围达到380 kHz。在40 Gb/s时钟恢复实验中,获得脉宽为7.2 ps、接近变换极限的时钟脉冲,时间抖动(RMS)为152 fs,超模抑制比大于60 dB。实验证明,输入信号幅度波动和码型效应对环路影响很小。     

Attosecond‐precision ultrafast photonics

We review our recent progress toward attosecond‐precision ultrafast photonics based on ultra‐low timing jitter optical pulse trains from mode‐locked lasers. In femtosecond mode‐locked lasers, the concentration of a large number of photons in an extremely short pulse duration enables the scaling of timing jitter into the attosecond regime. To characterize such jitter levels, we developed new attosecond‐resolution measurement techniques and show that standard fiber lasers can achieve sub‐fs high‐frequency jitter. By leveraging the ultra‐low jitter of free‐running mode‐locked lasers, we pursued high‐precision optical‐optical and optical‐microwave synchronization techniques. Optical signals spanning 1.5 octaves were synthesized by attosecond‐precision timing and phase synchronization of two independent mode‐locked lasers. High‐stability microwave signals were also synthesized from mode‐locked lasers with drift‐free sub‐10‐fs precision. We further demonstrated the attosecond‐precision distribution of optical pulse trains to remote locations via timing‐stabilized fiber links. Finally, the application of optical pulse trains for high‐resolution sampling and analog‐to‐digital conversion is discussed.     

一种用于高精度频率传输的光纤功率补偿技术

为了抑制偏振态漂移带来的功率变化给传输稳定度造成的影响,设计了一种能够快速补偿偏振变化的频率传输系统。该系统将锁模光作为光源,结合PID控制器反馈调节的原理,利用光功率放大器(EDFA)、起偏器、可变光功率衰减器(VOA)和单片机实现。实验结果表明:该系统能够有效抑制偏振态随着环境改变而发生的漂移,经过10 km传输之后的输出光功率稳定度达到110-5,与自由漂相比提高了200倍。将整个系统应用在光梳频率传输系统中,可以提高系统的鉴相精度,在5 GHz的传输频率上,可以有效消除偏振态变化引入的~50 fs的相位抖动。     

Attosecond-resolution timing jitter characterization of free-running mode-locked lasers

Timing jitter characterization of optical pulse trains from free-running mode-locked lasers with attosecond resolution is demonstrated using balanced optical cross correlation in the timing detector and the timing delay configurations. In the timing detector configuration, the balanced cross correlation between two mode-locked lasers synchronized by a low-bandwidth phase-locked loop is used to measure the timing jitter spectral density outside the locking bandwidth. In addition, the timing delay configuration using a 325 m long timing-stabilized fiber link enables the characterization of timing jitter faster than the delay time. The limitation set by shot noise in this configuration is 2.2 x 10(-8) fs(2)/Hz corresponding to 470 as in 10 MHz bandwidth.     

Subfemtosecond synchronization of microwave oscillators with mode-locked Er-fiber lasers

We synchronize an 8.06 GHz microwave signal from a voltage-controlled oscillator with an optical pulse train from a 77.5 MHz mode-locked Er-fiber laser using a fiber-based optical-microwave phase detector. The residual phase noise between the optical pulse train and the synchronized microwave signal is -133 dBc/Hz (-154 dBc/Hz) at 1 Hz (5 kHz) offset frequency, which results in 838 as integrated rms timing jitter [1 Hz-1 MHz]. The long-term residual phase drift is 847 as (rms) measured over 2 h, which reaches 4×10(-19) fractional frequency instability at 1800 s averaging time. This method has a potential to provide both subfemtosecond-level short-term phase noise and long-term phase stability in microwave extraction from mode-locked fiber lasers.     

Timing-jitter reduction of a mode-locked Cr:LiSAF laser by simultaneous control of cavity length and pump power

The pulse-repetition frequency of a mode-locked Cr:LiSAF laser has been stabilized to an electrical reference signal by simultaneous control of the laser cavity length and the pump power. The phase difference between the laser pulse and an electrical reference signal is detected by use of a digital phase detector and fed back to a piezoelectric transducer and to a laser diode injection current. A rms timing jitter of 7.5 fs relative to the reference was obtained for the 25-mHz-10-kHz bandwidth.     

Balanced optical-microwave phase detectors for optoelectronic phase-locked loops

A balanced optical-microwave phase detector for the extraction of low-jitter, high-power, and drift-free microwave signals from optical pulse trains is presented. The phase detection is based on electro-optic sampling with a differentially biased Sagnac loop. Because the timing information is transferred in the optical domain, the regenerated microwave signal is robust against drifts and photodetector nonlinearities. In a first experimental implementation, 3 fs in-loop relative timing jitter (integrated from 1 Hz to 10 MHz) between a 44 MHz optical pulse train and a 10.225 GHz microwave signal is demonstrated.     

Pulse timing stabilization of a mode-locked Cr:LiSAF laser

The pulse repetition frequency of a mode-locked Cr:LiSAF laser has been stabilized to an electrical reference oscillator by use of an electrical feedback technique. The phase and frequency differences between the laser and the reference are detected by use of a digital phase detector, which overcomes the difficulties of a conventional double-balanced mixer. We obtained rms timing jitters of 20 fs (25 mHz-10 kHz) and 7 fs (25 mHz-1 kHz) relative to the reference.