【摘 要】
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光学频率梳(简称“光频梳”)可紧密联系微波频率与原子跃迁过程中产生的光信号,在科学技术方面具有广泛的应用。最初,光学频率梳是通过锁模激光器产生的,然而这种光频梳的梳齿间隔受限于腔长,一般其重复频率很难超过10GHz。此外,锁模激光器的造价极高、体积大,无法适应小型化和集成化的发展趋势。近年来,随着光子集成领域技术与工艺的不断发展,相比于传统基于锁模激光器的光频梳,微腔光频梳展现出前所未有的优异性能
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所)
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光学频率梳(简称“光频梳”)可紧密联系微波频率与原子跃迁过程中产生的光信号,在科学技术方面具有广泛的应用。最初,光学频率梳是通过锁模激光器产生的,然而这种光频梳的梳齿间隔受限于腔长,一般其重复频率很难超过10GHz。此外,锁模激光器的造价极高、体积大,无法适应小型化和集成化的发展趋势。近年来,随着光子集成领域技术与工艺的不断发展,相比于传统基于锁模激光器的光频梳,微腔光频梳展现出前所未有的优异性能。这种可集成、低阈值、高重复频率(简称重频)、宽光谱覆盖(数十GHz～THz)的优势,革新了光频梳在计时、太比特量级相干光通信和光谱学等领域的应用。本文基于高折射率差玻璃材料微腔,围绕目前微腔光频梳产生方案较复杂且重频难以调谐的问题,开展了基于泵浦相位调制的孤子光频梳产生方法及时域调控技术研究。通过对泵浦条件及调制方式进行控制,能够实现多倍频可调谐光频梳确定性产生,而且可以抑制拉曼自频移效应导致的时域漂移,获得重频稳定、抗环境干扰的稳定孤子态输出。主要研究工作和取得的结论如下:1.基于高折射率差玻璃材料平台,优化设计了具有平坦负色散的微环谐振腔结构,并利用推导的描述腔内光场演化动力学过程的Lugiato-Lefever方程,分析阐述了连续激光泵浦基于四波混频效应的光频梳产生物理条件及机理。2.提出了基于泵浦相位调制(PMS)的微腔孤子光频梳产生技术,不同于其他连续激光泵浦方案,该方法将泵浦光调制后再耦合注入微腔内,通过优化泵浦功率与调制频率可实现多倍重频孤子的确定性产生,其重频能以自由光谱范围(FSR)的整数倍连续可调(10～40GHz)。3.在此基础之上,研究了亚谐波相位调制方法(SPS),通过将调制频率设置为非整数倍FSR并精确控制调制深度,可获得高阶倍频孤子产生(50～200GHz),能够突破微腔物理腔长以及高频电学器件对超高重频孤子产生的制约。4.开展了基于PMS的微腔孤子时域稳定性控制方法研究,建立了包含克尔非线性、相位调制及拉曼自频移(RSFS)等效应的理论模型并对其进行解析,发现RSFS导致了孤子缓慢时域漂移并将引起重复频率偏离初始FSR。通过严格控制泵浦相位的调谐时序,能够抑制时域漂移、获得稳定的孤子光频梳输出,并可实现初始非均匀间隔的孤子恢复等间距分布,从而提升孤子光频梳系统抗环境干扰及重频稳定性。
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