基于布里渊激光腔的时域腔孤子和孤子频率梳研究
发布时间：2021-11-28 23:58
光学频率梳在频域为具有等频率间隔的频率成分,在时域为具有固定重复频率的脉冲光,其在物理参数精密测量、光钟、相干光通信、微波和光学任意波产生、光谱学、天文光谱仪校准及测距等方面都有着重要的应用。目前,实现光学频率梳的方法主要包括基于锁模激光器产生频率梳,基于电光调制技术产生频率梳,基于行波四波混频产生频率梳和基于光学微腔产生频率梳。最近,通过精细调控注入光学微谐振腔中的泵浦激光频率,获得了时域腔孤子,这不仅提供了一种在频域上产生具有光滑光谱包络的低噪声光学频率梳状光谱的方法,而且还在时域上产生了重复频率为GHz量级的光学超短脉冲。微腔孤子频率梳在孤子微梳测距、自参考芯片尺度孤子频率梳和集成光子学光频合成器等领域的应用取得了不错的进展。然而上述时域腔孤子的产生条件较为苛刻、稳定性较差且梳齿间隔难以实现大范围可调谐,而这在光通信、光学传感、光谱学、可调谐微波和太赫兹波产生等许多应用中是必需的。针对上述问题,本文围绕重复频率大范围可调谐的时域腔孤子和孤子频率梳产生,以及宽带、平坦频率梳的产生开展了系统的研究,并取得了以下研究结果:（1）提出了利用腔内布里渊激光作为泵浦光产生时域腔孤子和孤子频率...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：115 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
光学频率梳的部分应用[6]
第1章引言3光钟：原子时钟的“滴答”来自于原子的跃迁频率，在微波波段。2019年国际单位制改版之后，科学家更新了“秒”的定义：133Cs原子基态的两个超精细能级跃迁频率的9192631770倍定义为Hz，即s-1。虽然133Cs微波时钟的频率/时间精度达到了十六位数字，然而人们正在探索基于原子中光学跃迁的新型时钟，希望实现其对微波时钟的替代。由于光学原子钟的振荡速度比微波频率要快得多，高5个数量级，可以将时间划分为更小的单位，实现更精确地计时。然而，对光信号的测量却面临着巨大的挑战，因为光频率的振荡速度是最先进的数字电子学可实现速率的10万倍。直到2000年，频率梳的实现使单个锁模激光器（mode-lockedlaser，MLL）通过对光学频率的精密控制和光学频率与微波频率的高精度转换，提供了超高精度的时间和频率标准[16-18]。这种对未知光学时钟跃迁频率的快速表征标志着测量能力的增强。绝对光学频率的测量自然受到测量它们的低稳定性微波参考不确定度（10-16）的限制。这种稳定性限制导致最多需要一个月的平均周期才能达到接近微波参考源的最大精度。频率梳的光学合成通过光钟比对测量，可以在非常短的周期内（几秒钟）达到10-16的相对不确定度[19]。宽带宽频率梳还可以相应的测量不同种类的光学原子钟[10,20]，使频率比对低于133Cs常用标准的限制达到10-18量级[21,22]。频率比对是迄今为止最高的精确物理测量，其装置如图1.3所示。由于原子跃迁频率及其动力学受物理定律和普遍基本常数的控制，原子钟比对使基础物理的精细测试成为可能[23]，在推动科学前沿方面发挥着重要作用[22,24-28]。图1.3Yb/Sr原子钟比对测量的实验装置[19]。
吉林大学博士学位论文4相干光通信：自20世纪90年代以来，波分复用（wavelengthdivisionmultiplexing，WDM）已被用于数百公里甚至数千公里的长途光纤链路[29]。如今，随着数据传输的巨大需求，需要光纤中数据流光谱的并行化来维持数据速率的进一步增加。在这种情况下，光学频率梳发生器作为紧凑型多波长光源，可以提供大规模并行WDM数据传输的光载波，在高容量长程光通信的核心研究领域发挥关键作用[2,6,30,31]。频率梳的一个特别重要的优点是梳齿频率间隔是等距的，从而放宽了信道间保护频带的要求，并避免了在传统方案中结合独立分布反馈（distributedfeedback，DFB）激光器阵列所需的对单独线路的频率控制。这些优点不仅适用于波分复用发射机，也适用于接收机，其中离散型本地振荡器阵列（localoscillator，LO）可由单个频率梳发生器代替[11,32]。使用LO梳进一步促进WDM信道的联合数字信号处理，这可以降低接收机复杂度并增加相位噪声容限[33,34]。使用具有相位锁定频率的LO梳的并行相干接收器甚至可以重构波分复用信号的时域波形，从而补偿由传输光纤的光学非线性引起的损伤[35]。此外，紧凑型器件和具有效益的批量生产是未来WDM收发器的关键。在所有梳状发生器中，芯片尺度的器件特别令人感兴趣[36,37]，在如图1.4所示的装置中已经被证明能够传输高达50.2Tbit/s的WDM数据流[36]。图1.4微腔孤子频率梳发生器用于大规模并行波分复用光源的数据传输[11]。
本文编号：3525413
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：115 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
光学频率梳的部分应用[6]
第1章引言3光钟：原子时钟的“滴答”来自于原子的跃迁频率，在微波波段。2019年国际单位制改版之后，科学家更新了“秒”的定义：133Cs原子基态的两个超精细能级跃迁频率的9192631770倍定义为Hz，即s-1。虽然133Cs微波时钟的频率/时间精度达到了十六位数字，然而人们正在探索基于原子中光学跃迁的新型时钟，希望实现其对微波时钟的替代。由于光学原子钟的振荡速度比微波频率要快得多，高5个数量级，可以将时间划分为更小的单位，实现更精确地计时。然而，对光信号的测量却面临着巨大的挑战，因为光频率的振荡速度是最先进的数字电子学可实现速率的10万倍。直到2000年，频率梳的实现使单个锁模激光器（mode-lockedlaser，MLL）通过对光学频率的精密控制和光学频率与微波频率的高精度转换，提供了超高精度的时间和频率标准[16-18]。这种对未知光学时钟跃迁频率的快速表征标志着测量能力的增强。绝对光学频率的测量自然受到测量它们的低稳定性微波参考不确定度（10-16）的限制。这种稳定性限制导致最多需要一个月的平均周期才能达到接近微波参考源的最大精度。频率梳的光学合成通过光钟比对测量，可以在非常短的周期内（几秒钟）达到10-16的相对不确定度[19]。宽带宽频率梳还可以相应的测量不同种类的光学原子钟[10,20]，使频率比对低于133Cs常用标准的限制达到10-18量级[21,22]。频率比对是迄今为止最高的精确物理测量，其装置如图1.3所示。由于原子跃迁频率及其动力学受物理定律和普遍基本常数的控制，原子钟比对使基础物理的精细测试成为可能[23]，在推动科学前沿方面发挥着重要作用[22,24-28]。图1.3Yb/Sr原子钟比对测量的实验装置[19]。
吉林大学博士学位论文4相干光通信：自20世纪90年代以来，波分复用（wavelengthdivisionmultiplexing，WDM）已被用于数百公里甚至数千公里的长途光纤链路[29]。如今，随着数据传输的巨大需求，需要光纤中数据流光谱的并行化来维持数据速率的进一步增加。在这种情况下，光学频率梳发生器作为紧凑型多波长光源，可以提供大规模并行WDM数据传输的光载波，在高容量长程光通信的核心研究领域发挥关键作用[2,6,30,31]。频率梳的一个特别重要的优点是梳齿频率间隔是等距的，从而放宽了信道间保护频带的要求，并避免了在传统方案中结合独立分布反馈（distributedfeedback，DFB）激光器阵列所需的对单独线路的频率控制。这些优点不仅适用于波分复用发射机，也适用于接收机，其中离散型本地振荡器阵列（localoscillator，LO）可由单个频率梳发生器代替[11,32]。使用LO梳进一步促进WDM信道的联合数字信号处理，这可以降低接收机复杂度并增加相位噪声容限[33,34]。使用具有相位锁定频率的LO梳的并行相干接收器甚至可以重构波分复用信号的时域波形，从而补偿由传输光纤的光学非线性引起的损伤[35]。此外，紧凑型器件和具有效益的批量生产是未来WDM收发器的关键。在所有梳状发生器中，芯片尺度的器件特别令人感兴趣[36,37]，在如图1.4所示的装置中已经被证明能够传输高达50.2Tbit/s的WDM数据流[36]。图1.4微腔孤子频率梳发生器用于大规模并行波分复用光源的数据传输[11]。
本文编号：3525413
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