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高重复频率环形腔光纤激光器及频率梳,清华电

时间:2019-11-13 21:04来源:信息科学
高重复频率环形腔光纤激光器及频率梳,清华电子系薛晓晓【澳门威尼斯人官网】。量子电子学研究所张志刚教授课题组发表于《光学快报》的论文《500MHz频率间隔光纤激光频率梳》日

高重复频率环形腔光纤激光器及频率梳,清华电子系薛晓晓【澳门威尼斯人官网】。量子电子学研究所张志刚教授课题组发表于《光学快报》的论文《500 MHz频率间隔光纤激光频率梳》日前入选《中国激光》杂志社“2014中国光学重要成果”。

清华电子系薛晓晓、郑小平、周炳琨合作团队发文报道超级效率时间孤子


清华新闻网5月13日电 5月13日,清华大学电子工程系薛晓晓助理教授、郑小平教授、周炳琨教授在《自然-光子》杂志上在线发表了题为“双耦合光学谐振腔中的超级效率时间孤子”的研究长文。该研究提出了一种显著提高时间光孤子能量转换效率的新方法,为实现片上集成的高效率克尔光学频率梳指出了方向。

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图1. 片上集成克尔光学频率梳及其波形、光谱示意图

克尔光频梳简称为克尔梳,它利用微型谐振腔中的非线性光学克尔效应,将单一频率的激光转变为包含大量等间隔频率的宽带光频梳。在锁模状态下,光频梳的各个频率分量之间保持稳定的相位关系,在时域产生一个超短光脉冲序列,称为时间光孤子。相对于传统的光频梳光源,克尔梳具有体积小、脉冲重复频率高等突出优点,被认为是一项变革性的技术。然而,克尔梳的能量转换效率非常低,通常只能达到几个百分点。极低的能量转换效率成为阻碍克尔梳应用的一大瓶颈。薛晓晓课题组此前在《激光与光子学综述》杂志上撰文,揭示了克尔梳的能量转换效率与孤子脉冲的时域占空比之间的内在联系,指出传统的孤子态即使在完全没有谐振腔损耗的理想情况下也难以达到高转换效率,因此实现高效率的克尔梳需要另辟蹊径。

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图2. 双耦合光学谐振腔中的超级效率时间孤子。(A) 器件结构示意图;(B) 工作原理;(C) 传输线RLC网络类比。

在此次报道的研究中,课题组借鉴了经典微波传输线理论中的阻抗变换和匹配方法,提出了对激光能量进行回收再利用的双谐振腔结构,并建立了一组完备的双耦合非线性薛定谔方程,得出了其高效孤子解。在基于光纤环形腔的实验中,课题组实现了接近100%的光能量回收再利用。实验结果与理论分析精确吻合,打破了传统单谐振腔克尔梳的效率瓶颈。高效率片上集成光频梳预期将对小型化光原子钟、微波光子学、大容量光通信、精密光谱测量等应用产生重要推动作用。

薛晓晓助理教授为论文的第一作者和通讯作者,清华大学为唯一完成单位。该研究得到了国家自然科学基金重大项目、国家自然科学基金国际合作项目、北京市自然科学基金的资助。

论文链接:

供稿:电子系

编辑:李华山

审核:周襄楠

2013年8月2日,教育部委托北京大学组织的“高重复频率环形腔光纤激光器及频率梳”成果鉴定会在北京大学理科二号楼召开。鉴定会由天津大学精密仪器与光电子工程学院教授、中国科学院院士姚建铨主持。出席鉴定会的有国家自然科学基金委员会信息科学部潘庆研究员、北京航空航天大学副校长张广军教授,以及来自清华大学、中国科学院物理研究所、武汉物理与数学研究所、西安光学精密机械研究所、光电研究院、国家授时中心、国家天文台,华东师范大学等单位激光频率标准和仪器研制领域的知名学者。

“中国光学重要成果”每年评选一次,根据我国作者发表在国际一流物理学、光学等期刊上的论文,由多名国内一流光学专家组成评委会遴选,以此促进这些研究成果在我国的传播与应用。

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激光频率梳是重要的频率标准仪器,在精密光频测量、光学频率钟、远距离精密测距等领域有重要应用。大频率间隔是光频梳的主流发展趋势,也是光频梳标准化的方向。

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课题组所研制的大频率间隔光纤激光频率梳具有小型化、无水冷、自启动、高平均功率、直接输出无啁啾脉冲、直接产生倍频程光谱和初始频率信号而无需放大和压缩等特性,使得光频梳大大简化,为国际首创。此光频梳已在国内多家单位应用,打破了外国公司独占我国光频梳市场的局面。

会议现场

会上,学校科学研究部成果专利办公室主任张铭首先宣读了教育部的委托文件和鉴定申请批复;随后,信息科学技术学院副院长查红彬教授代表组织鉴定单位致欢迎词。

信息学院“长江”特聘教授张志刚代表成果完成单位作研制报告,介绍了北京大学和中国计量科学研究院近年来在高重复频率光纤激光器和频率梳的理论、技术和器件上的发明以及系列成果。鉴定会专家对成果进行了质询和讨论,并对成果完成单位所研制的无放大级一体化559 MHz光纤激光频率梳进行了现场考察。

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现场考察

鉴定专家充分肯定了北大和中国计量院在高重复频率激光器和频率梳研究中所取得的创造性成果,一致认为据此所研制的无放大级一体化光纤激光频率梳达到国际先进水平,建议尽快加强实用化研究,特别是加快其在天文光谱定标和精密测距中的应用。

相关链接:光学频率梳

光学频率梳是指在频率域上一系列等间隔的分立光谱,可以由重复频率和初始频率锁定的锁模激光器构成,在20世纪90年代飞秒激光器、光子晶体光纤及自参考拍频法等技术发明的基础上发展而成。J. Hall和T. Hansch因对频率梳的杰出贡献而获得2005年度诺贝尔物理学奖。

光学频率梳自发明十几年来,由最初的钛宝石激光频率梳逐渐向小型化、低成本的光纤激光频率梳转变,稳定性不断提高,应用范围不断扩大。北京大学等单位的贡献是创新性地提出了提高光纤激光器重复频率的理论、技术和器件,突破了传统光学元器件对光纤激光器腔长的限制和常规光子晶体光纤对入纤功率的限制。据此,北京大学首创性地研制出重复频率高达750 MHz的光纤激光器和无需放大级的一体化559 MHz频率间隔的光纤激光频率梳,大幅提高了梳齿间隔,缩短了脉冲宽度,减少了噪声,降低了成本。

光学频率梳主要应用在精密光学频率测量、光谱定标、绝对距离测量、射频光子学等领域,是基本物理常数测量、类地行星探测、暗物质暗能量研究、光频原子钟、高速光通信光源产生等必不可少的工具。

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      北京大学新闻中心官方微博

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