光钟

时间标准的研究在人类生活和科学探索中有着举足轻重的地位.文章简要介绍了时间的基本单位“秒”定义的几次重要发展与变迁,重点介绍了光钟的工作原理、关键部件、研究进展和光钟对“秒”定义未来发展的重要性.     

光学相干量子理论及激光精密光谱学--2005年诺贝尔物理学奖简介

今年的诺贝尔物理学奖授予三名光学领域的科学家.其中美国科学家罗伊·格鲁伯(Roy Glauber)因"对光相干量子理论的贡献"而获得奖金的一半;美国科学家约翰·霍尔(John Hall)与德国科学家特奥多尔·汉斯(Theodor Hansch)因"基于激光精密光谱学发展的的贡献"分享了奖金的另一半.     

单腔双光梳激光器及其光谱学应用研究进展

光频梳因频率等间隔、波长稳定、谱线线宽窄以及谱宽大等特性,在高精度测量和计量中具有广泛的应用。其中,双光梳快速测量包括光谱测量、绝对测距、三维成像和超快异步光学采样等已成为研究热点之一。近年来,基于自由运行的单腔双光梳激光器的双梳光谱学系统由于具有结构简单、测量范围大和精度高等优点而备受关注。首先从时域和频域介绍了光频梳的特性和应用,尤其介绍了双光梳测量的优势,相较目前主流的稳频稳相锁模激光器、电光调制等双光梳光源实现方案,单腔双光梳激光器方案有望避免采用复杂的电子控制系统,简化双光梳光源的结构、体积和成本。因此,重点介绍了波长复用、偏振复用、空间复用和脉冲波形复用的单腔双光梳光纤激光器实现技术,并对其基本原理、性能参数和当前研究的进展以及目前发展中仍然存在的问题进行了分析;同时对保偏光纤双光梳激光器的研究现状及其性能进行了总结。接着,重点介绍了双梳光谱学的测量原理,回顾了现有光谱扩展技术,并详细介绍了基于自由运行的单腔双光梳激光器的双梳光谱学应用案例,包括掺铒光纤激光器所在的近红外波段以及其扩展到中红外和太赫兹波段的光谱探测。最后,总结了目前的单腔双光梳激光器的主要发展趋势,包括进一...     

光梳主动滤波放大实现锶原子光钟二级冷却光源

提出一种结合注入锁定技术的主动滤波放大方法,将光梳直接注入锁定至光栅外腔半导体激光器,产生窄线宽激光光源,该光源可以用于锶原子光钟二级冷却.实验中,将中心波长为689 nm,带宽为10 nm的光梳种子光源注入689 nm光栅式外腔半导体激光器,通过半导体增益光谱与半导体光栅外腔,从飞秒光梳的多个纵模梳齿中挑选出一个纵模模式来进行增益放大,再通过模式竞争,实现单纵模连续光输出;同时,光梳的重复频率锁定在线宽为赫兹量级的698 nm超稳激光光源上,因此,注入锁定后输出的窄线宽激光也继承了超稳激光光源的光谱特性.利用得到的输出功率为12 mW的689 nm窄线宽激光光源实现了88Sr原子光钟的二级冷却过程,最终获得温度为3μK,原子数约为5×10~6的冷原子团.该方法可拓展至原子光钟其他光源的获得,从而实现原子光钟的集成化和小型化.     

光学频率标准与光钟的实现

综述了时间频率标准的发展过程.对构成光学频率标准的四个要素,即激光冷却、激光稳频、离子捕陷和光学频率梳进行了系统的介绍.详细描述了光钟的原理与系统构成,并对光学频率标准与光钟的应用前景进行了展望.     

双飞秒激光频率梳光谱测量技术研究进展

双光梳光谱分析技术近年来凭借高分辨率、高灵敏度、宽光谱覆盖和快速测量的优势,在分子和原子光谱分析领域得到了快速发展.从双光梳光谱分析的原理出发,以使用泵浦光源数量为分类依据,对近年来国内外基于不同实现方案的多种双光梳光谱分析技术的原理进行了简要介绍,叙述了在不同数量泵浦光源条件下,不同实验小组提出的多种实验方案,介绍了...     

面向Li原子D1线频率测量应用的掺铒飞秒光纤光梳系统

报道了自主研制的面向Li原子D1线频率测量应用的掺铒飞秒光纤光学频率梳,包括飞秒激光源,频率探测及控制单元,光谱展宽及拍频单元.光纤光梳系统中飞秒激光光源是一套基于非线性偏振旋转锁模机制的掺铒飞秒光纤激光器,重复频率为196.5MHz,中心波长为1 572nm.利用f-2f法探测载波包络相移频率,获得信噪比约为40dB的信号(分辨率带宽300kHz).改变飞秒激光光源泵浦控制载波包络相移频率、频率稳定度是3.74×10-18/τ1/2;通过电光晶体和压电陶瓷改变飞秒激光光源腔长来控制重复频率frep、频率稳定度是1.75×10-13/τ1/2.利用高非线性光纤和倍频晶体将光纤光梳直接输出光谱由1 520～1 607nm扩展到671nm,获得了单模功率为208nW的光信号.与671nm单频激光拍频产生约为60dB(分辨率带宽1Hz)信号,满足Li原子D1线频率测量实验的需求.     

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.     

一种输出三波长超短光脉冲的激光源

利用对撞脉冲锁模非稳腔Ｎｄ：ＹＡＧ激光器，采用ＫＴＰ非线性晶体作腔外倍频，结合受激拉曼散射技术，在一台锁模激光器同时得到１．０６μｍ，０．５３μｍ，０．６３μｍ超短光脉冲的输出。     

利用超连续谱光源产生超短光脉冲

利用光纤中的各种非线性效应,获得了重复频率为２．５ＧＨｚ、光谱宽度达６０ｎｍ的超连结续谱超短光脉冲源。利用两个带宽分别为０．４ｎｍ及１．２ｎｍ的可调谐滤波器,从超连续光谱的不同波长处获得了脉宽为５．７ｐｓ及３．６ｐｓ的超短光脉中。由实验规律发现,在多种非线性效应中,四波混步效应对超连续光谱的形成有重要作用。     

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．     

全保偏双飞秒光纤光频梳系统的频率联动特性

采用跟踪反馈控制法,实现了双飞秒光频梳系统的频率联动,研究了主动光频梳自动扫频和手动扫频情况下,双光梳间的频率联动特性.结果显示,对主动光频梳进行自动扫频或手动扫频时,从动光频梳的频率跟随变化,且双光梳频率间的相关系数最大可达0.99,说明双光梳的频率间保持了较好的联动特性.最后,将频率联动的全保偏双光梳系统用于测距实验中,测量距离为1.332m,时间间隔为0.2s,连续进行16次测量,测得数据的标准差为0.35μm,测量精度可达亚微米量级.     

2005年诺贝尔物理学奖——光学再次被关注聚焦

瑞典皇家科学院决定,授予路易·格劳伯(ROYJGLAUBER)、约翰·霍尔(JOHNLHALL)和提阿多·汉斯(THEODORWHNSCH)2005年度诺贝尔物理学奖.格劳伯是因为他在光相干的量子理论方面的贡献,霍尔和汉斯则是因为他们在发展激光精密光谱学,包括光频梳(OPTICALFREQUENCYCOMB)技术方面的贡献,而分别获此殊荣的.本文按历史进程简单评述了现代量子光学的发端,给出了现代量子光学的内容概要,较详细地介绍了汉斯和霍尔是如何发展光频梳技术以精确测量光频的.     

19飞秒激光脉冲的产生与测量

本文介绍产生19飞秒激光脉冲的被动锁模四棱镜补偿群速度分散的环型染料激光器的特点;讨论了二次谐波强度自相关法和二次谐波干涉自相关法。用该激光器产生的超短而高稳定的光源对同步扫描条纹相管作了评价。     

超短光脉冲及其应用

介绍了产生超短光脉冲的基本原理、方法和装置、测量方法 ,论述了超短光脉冲的应用、主要的研究方向与发展前景。     

单腔双光梳拍频信号包络提取方法

对单腔双光梳拍频信号的包络提取方法进行了实验研究。在单个光纤激光器中引入具有强双折射的保偏光纤,使脉冲沿偏振正交的两个方向进行复用传输和锁模。精细调节腔内偏振态,实现了重频差在337 Hz～2.33 kHz范围内连续可调的双光梳生成。通过激光器腔外偏振态调节和偏振分束,获得了消光比分别为28.5 dB和38.2 dB的两路光频梳。两路光频梳经过异步采样后,采用所设计的包络检波电路对拍频信号的包络进行提取,与采用基于样条插值和希尔伯特变换的包络提取算法计算结果相比,所提取的包络峰值位置基本保持一致,验证了该方法的可行性。双光梳拍频信号包络提取实验研究可以快速实时提取包络形状和包络峰值位置,可进一步应用于包络信号触发和精密测距等领域。     

用于光腔衰荡光谱测量的多支路掺铒光纤飞秒光梳系统

报道了用于光腔衰荡光谱测量的多支路掺铒光纤飞秒光梳系统.该系统以“9”字型全保偏掺铒飞秒光纤激光器为激光源.利用自制的锁相环电路,获得的重复频率和载波包络相移频率秒级稳定度分别为5.85×10^–13和4.95×10^–18.为了满足CO, CH₄等分子吸收光谱测量,利用啁啾放大和非线性光谱展宽技术,采用多支路结构,将飞秒光梳直接输出光谱由1500—1600 nm分别扩展至8个目标波长(1064, 1083, 1240, 1380, 1500,1600, 1750和2100 nm)处,各目标波长处的单模功率均大于300 n W,满足光腔衰荡光谱测量实验的需求.     

飞秒脉冲正交位相压缩光的产生

利用锁模飞秒脉冲激光二次谐波为抽运源, 同步抽运单共振光学参量振荡器, 抽运光中心波长为425 nm, 重复率为76 MHz, 脉宽180 fs, 光学振荡器下转换晶体采用Ⅰ类共线PPKTP, 实验上实现了压缩度为2.58 dB的正交位相压缩光.考虑到实验系统的效率, 可以推知光学参量振荡器输出的下转换光压缩度为 4.48 dB. 关键词： 同步抽运光学参量振荡器 压缩光 锁模飞秒脉冲     

高速线性光采样用被动锁模光纤激光器重复频率优化

线性光采样是一种测量基于先进调制码型的高速光信号的有效手段, 而被动锁模光纤激光器是其实施所需的关键组件. 本文在介绍线性光采样工作原理的基础上, 首次分析得到被动锁模光纤激光器重复频率与待测信号光线宽的约束关系, 对于正交相移键控(QPSK)信号, 当信号光线宽与采样光脉冲重复频率的比值小于1.5×10^-3 时, 高速信号的相位噪声对线性光采样带来的损伤可以忽略不计. 利用95.984 MHz重复频率的被动锁模光纤激光器对线宽为100 kHz速率为28 Gbaud的QPSK信号开展相关实验, 通过标准数字相干接收算法可以得到与传统高速示波器相同的星座图, 理论分析与实验结果完全符合. 这一研究结果有助于线性光采样用被动锁模光纤激光器的优化设计.