R3 飞秒光梳

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飞秒光梳小组介绍

飞秒光学频率梳(OFC)是锁模激光脉冲重复频率和载波包络相移频率均严格锁定的激光光源,在时域为等间隔等幅度的超短脉冲序列,在频域则为规则且等间隔的梳齿线,相邻梳齿的间隔精确等于激光脉冲的重复频率,其工作原理如图1所示。OFC的发明如同在频域内找到了一把标尺,使光学频率与微波频率相关联,它既是光频计量的强力工具,又是优质飞秒脉冲激光光源,因此在精密激光光谱学、光钟、时频传递、超低噪声微波产生及相干测量等领域都具有广泛而重要的应用。而科学家T. W. Haensch和J. L. Hall因在光学频率梳及精密光谱学领域的杰出贡献,2005年他们共同获得了当年诺贝尔物理学奖。

1:OFC工作原理图

自2011年以来,课题组重点发展OFC技术,建立了较为完备的光梳精密测量以及超快脉冲光学实验平台,已拥有与本项研究相关的大型探测分析设备、噪声测量系统,包括两套Menlo Systems超低噪声OFC系统、两套高功率掺镱光纤飞秒脉冲源、氢原子钟、铯原子钟、相位噪声测试系统,FFT动态分析仪,自相关脉宽测量仪,FROG脉宽相位测量系统等。氢钟与Menlo Systems超低噪声OFC系统的实物照片如图2所示,输出激光波长覆盖800-2200 nm,最好的稳定度可达到2×10-16@ 1 s和3×10-18@ 1000 s。

2(a)氢钟装置实物照片;(b) Menlo Systems超低噪声OFC实物照片

我们还自主发展了光学参量振荡器紫外光梳技术,构建了腔内倍频的飞秒光学参量振荡器系统,如图3所示。实现了1040 nm近红外波段脉冲高效非线性频率变换至800 nm - 900 nm倍频信号光,输出功率高达1 W水平;并采用级联单通非线性晶体,获取了波长可调谐的234 nm紫外光梳。

3自主研制的光学参量振荡器紫外光梳实物照片

此外,我们还在OFC绝对光频测量(图4)、OFC与铝离子光频标,OFC与超稳激光以及OFC与远距离光频传输等领域也展开了卓有成效的研究。

4OFC测量绝对光频系统示意图