没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
中红外光学频率梳:进展与应用.docx
1.该资源内容由用户上传,如若侵权请联系客服进行举报
2.虚拟产品一经售出概不退款(资源遇到问题,请及时私信上传者)
2.虚拟产品一经售出概不退款(资源遇到问题,请及时私信上传者)
版权申诉
0 下载量 174 浏览量
2022-12-15
14:28:30
上传
评论
收藏 769KB DOCX 举报
温馨提示
试读
17页
中红外光学频率梳:进展与应用.docx
资源推荐
资源详情
资源评论
0. 引 言
光学频率梳,在光谱上由一系列离散、等间距且具有稳定相位关系的频率分量组成,
根据傅里叶变换,同时提供稳定间隔的时域脉冲,具有独特的时频输出特性,可以实现原
子钟精度的绝对频率计量,是天然的时频基准
[1]
。自从 20 世纪 90 年代末诞生以来,已经
彻底革新了时频精密计量学
[2]
,向世人展示了其前所未有的精密测量能力、时频基准能力
和能量汇聚特性。
近 20 年来,近红外和可见光波段的光学频率梳已经在天文光谱校准、相干通信、微
波光子学、双梳光谱学、光原子钟、光雷达等领域展现出了巨大的应用潜力。将频率梳技
术扩展到从太赫兹到极紫外的新光谱区域,很可能实现光学频率梳的新应用探索。中红外
光谱区域(2~20 μm),作为分子光谱“指纹区”,是化学成分分析的重要光谱区间,受到大气
检测、工业安全、生物化学、天文学、药物监测和材料科学等关键应用的广泛关注,提高
该区域的光谱检测灵敏度和精度具有重要的意义。近年来,如何将频率梳技术扩展到中红
外光谱区域已经成为研究者们高度关注的课题
[3]
。目前,基于锁模激光器(MLL)
[4-5]
、差频
产生(DFG)
[6–9]
、光学参量振荡(OPOs)
[10-11]
、超连续谱产生(SC)
[12-13]
、量子级联激光器
(QCLs)
[14-15]
和克尔微腔
[16-17]
的中红外光频梳(MIR-OFC)已经被陆续报道。MIR-OFC 技术的
发展为分子物质结构和动力学的光谱分析提供了强大的工具,显著提高了“分子指纹”的测
试精度、灵敏度和光谱带宽,使得在大动态范围内精确研究分子样品的组成变化成为可
能,有望推动分子科学相关的各个领域的发展。
文中阐述了 MIR-OFC 的产生机制,重点介绍了 MIR-OFC 技术的最新研究现状及其
应用进展。
1. MIR-OFC 的产生
传统的光频梳产生方法主要分为三类:基于锁模激光器、基于微腔克尔效应以及基于
电光调制产生。其中前两种其重复频率 frepfrep 由激光腔中脉冲往返时间的倒数决定,满
足关系 frep=vgLfrep=vgL,其中 vgvg 是光在谐振腔中的群速度,L 为在腔内往返一周的谐
振长度。而基于电光调制的光频梳的 frepfrep 由调制频率决定。由于谐振腔中的色散对不
同频率的光有不同响应,因此脉冲的载波以相速度 vpvp 传输,其出射脉冲电场相对于脉冲
包络存在偏移恒定量 ΔφΔφ,这意味着电场在时间上不是严格周期性的。尽管如此,其傅
里叶频谱是由一组等间距、窄线宽激光谱线构成,且满足 fn=nfrep+fceofn=nfrep+fceo 等量
关系(如图 1 所示)。其中 fceo=Δφfrep/2πfceo=Δφfrep/2π, nn 是一个较大值的整数。
图 1 频率梳脉冲序列的时频表示,展示了离散的频率梳线结构
[2]
Fig. 1 Time-frequency representation of a frequency comb pulse train shows the structure of a
discrete frequency comb
[2]
下载: 全尺寸图片 幻灯片
1.1 基于锁模激光器产生 MIR-OFC
利用锁模机制在中红外生成光频梳的原理与近红外
[18-19]
类似,即具有宽增益带的激光
活性介质在强泵浦作用下实现粒子数反转,通过在谐振腔中插入可饱和吸收材料或器件,
可以对腔内光场进行调控,实现超短脉冲的建立并经多次循环压缩出射超短脉冲
[20]
(原理
如图 2(a)所示),其与近红外光频梳最大的区别在于增益介质的选取。其中 Tm
3+
、Ho
3+
以
及 Tm
3+
/Ho
3+
共掺的增益介质常用在 2 μm 波段的超快光纤激光器中
[21–23]
。近年来,掺杂
Er
3+
、Ho
3+
/Pr
3+
和 Dy
3+
的氟化物光纤的研究迅速推动了 2.8~3 μm 波段超快光纤激光器的发
展
[24–26]
。但掺 Er
3+
氟化物光纤 2.8 μm 的工作波长受外界影响很大,因此限制输出脉宽和脉
冲的稳定性。所以掺 Ho
3+
/Pr
3+
氟化物光纤近年来也被逐渐应用在激光器中,且掺 Ho
3+
/Pr
3+
氟化物的增益带宽约为 120 nm,理论上在该波段处可获得 70 fs 的脉冲
[27]
。
图 2 基于锁模激光器的 MIR-OFC:(a) 利用强光泵浦中红外激光增益介质实现粒子数反转
和激光激射,通过可饱和吸收体实现锁模脉冲输出;(b) 环形光纤锁模中红外激光器的典
型系统图;(c)~(e) 中红外锁模激光器的典型光谱、脉冲自相关轨迹和重复频率信号
[3, 28]
Fig. 2 Mode-locked laser-based mid-infrared optical frequency comb: (a) Particle number
inversion and laser emission are realized by using strong light pumped mid-infrared laser gain
medium, and mode-locked pulse output is realized by saturable absorber; (b) Typical setup of ring
fiber mode-locked lasers in mid-infrared band; (c)-(e) Typical optical spectrum, pulse
autocorrelation traces and repetition rate signal of the mid infrared mode-locked laser
[3, 28]
下载: 全尺寸图片 幻灯片
2016 年,Antipov
[24]
在 3 μm 掺 Ho
3+
/Pr
3+
氟化物超快光纤激光器中,在无色散管理的情
况下获得了 180 fs 的锁模脉冲。2018 年,Woodward 等人
[25]
报道了第一台掺 Dy
3+
氟化物的
锁模光纤激光器,其锁模脉冲宽度为 33 ps、能量为 2.7 nJ;中心波长可通过插入声光可调
滤波器的手段实现在 2.97~3.3 μm 范围内可调。2019 年,Wang 等
[28]
报道了第一台基于非线
性偏振旋转效应(NPR)的掺 Dy
3+
氟化物光纤的锁模光纤激光器,他们将 2.82 μm 波长的掺
Er
3+
光纤激光器作为泵浦源(如图 2(b)所示),首次实现了波长大于 3 μm、脉宽为 828 fs、
平均功率为 204 mW、峰值功率为 4.2 kW、能量为 4.8 nJ 的锁模脉冲(如图 2(c)~(e)所
示),该激光器是该波段第一台光纤飞秒激光器。
剩余16页未读,继续阅读
资源评论
罗伯特之技术屋
- 粉丝: 3587
- 资源: 1万+
下载权益
C知道特权
VIP文章
课程特权
开通VIP
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 展开
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功