探究了一种基于非线性放大环形镜锁模的全保偏掺铒光纤光梳系统,重复频率(f_r)为75.27 MHz,f_r与载波包络偏移频率(f₀)的标准偏差为分别为358 μHz和248 mHz。该系统通过温度反馈控制锁模振荡器局部环境、电压反馈控制压电陶瓷伸缩量、电流反馈控制泵浦源功率实现了对f_r和f₀的精确锁定,在10 ℃温度波动的外部环境中实现约100 h的稳定工作。最后,将该光梳应用于混合气体光谱检测实验,获得的乙炔吸收谱线与HITRAN数据库模拟结果一致,表明该光梳系统可初步用于光谱分析等室外应用。

搭建了基于非线性放大环形镜的全保偏掺铒光纤激光器,它可为光梳系统在室外环境中的应用提供稳定运行的光学振荡源。在实验上,通过两级光学预放大及高非线性光纤获得了1000~2300 nm的超连续谱,采用共线型f-2f干涉仪检测到的载波包络偏移频率f0的信噪比高达35 dB。研究了腔内净色散和f0线宽的关系,并将自由运转状态下的f0线宽窄化至5 kHz。将光梳系统的主要参数(重复频率fr和载波包络偏移频率f0)溯源至同一台铷原子钟,锁定后所测标准偏差分别为780 μHz和308 mHz。该光纤光梳系统具有集成度高、体积小的特点。

通过引入自动扫描光栅单色仪, 实现了快速色散测量, 极大程度地降低了载波包络偏频慢漂对测量准确度的影响, 降低了测量复杂度, 提高了色散测量精度。以815 nm钛宝石锁模激光器作为光源, 以自建的八镜光学腔作为参考, 对厚度约为6.35 mm的熔融石英窗片的群延迟色散(GDD)进行了测量, 结果与Sellmeier方程给出的理论值相差1.2 fs2, 不准确度仅为0.5%。测得八镜光学腔在常温常压状态下的GDD为28.8 fs2, 比理论值低约12 fs2, 原因可归结为8片腔镜镀膜的不均匀性。

提出了一种基于飞秒光纤激光器的光频率梳设计与研制技术。设计与研制出脉冲宽度为55 fs、频率为210 MHz的色散管理孤子锁模掺铒光纤激光器, 并优化设计了啁啾脉冲光纤放大链路; 由负色散高非线性光纤产生了频率范围为1080~2320 nm的倍频程超连续谱, 经f-2f(f为频率)自差拍检测出信噪比达32 dB的载波包络偏移频率; 通过将重复频率的4次谐波和载波包络偏移频率锁定到商用铷原子钟, 实现了对光频率梳的高精度锁定。测量结果表明, 1 s计数门控时间下的重复频率和偏移频率标准偏差分别为0.65 mHz和1.76 mHz, 100 s采样时间下的Allan偏差分别为1.74×10-13和1.80×10-11。这种光纤光梳可望满足光频计量、光梳光谱、时频传递和微波产生等领域的应用需求。

自主研制了基于掺铒光纤飞秒激光技术的光纤飞秒光学频率梳。详细介绍了此光纤光梳的系统结构、工作过程与各项性能参数。经过功率放大、色散优化与高非线性光纤扩谱等过程, 得到了超过一个倍频程的光梳超连续光谱。光梳的载波包络偏移频率(简称偏频, fo)从f-2f共线式干涉系统中提取, 并锁定至铷原子钟上。实验获得了35 dB信噪比的偏频信号, 实现了锁定时间超过12 h的稳定运转。