基于波长复用的双频光梳光源及其特性研究

The dual comb source is very important due to its widely using in precious measurement and sensing technology, but the current implementation methods based on dual-laser sources are very complex and expensive. The project is to simplifying the complicated and hardly controlled dual comb source. We proposed a dual comb source which uses both the dual-wavelength fiber laser technic and the nonlinear processing technic. Adjusting the intracavity loss, polarization and dispersion offers a novel way to connect the theoretical and experimental studies and a systematic venue to explore the effective analyzing method and tuning schemes of dual wavelength mode locking forming mechanism. Based on our studies on generating dual-frequency ultrashort pulses from a single laser in the past few years, this project proposes to further broaden the dual-wavelength spectra and realized coherent dual comb source. This would provide simpler way to realize asynchronous sampling measurement and other dual comb applications.

本项目立足国际前沿的双频光梳技术，面向空天精密测量、传感探测等基础科研和重大工程应用前景，立足解决该技术中多个脉冲激光器构成的光梳光源系统复杂、频差控制难度高、难以实际应用的限制，创新性地提出了将双波长锁模光源与非线性光学方法相结合来实现双频光梳光源的新思路。申请人在前期工作中已对本项目核心研究内容的双波长碳管锁模激光器进行了深入的研究，并对双波长超短脉冲光源与非线性光学方法相结合形成双频光梳光源的创新方法进行了原理性实验验证，并申请核心知识产权保护。本项目将以申请人及课题组在超快飞秒脉冲光源研究、非线性效应研究等良好研究基础为支撑，充分利用申请人提出的将双波长锁模光源与非线性光学方法相结合来实现频差可控双频光梳光源这一原理性创新，研究频差可控双波长激光器工作机理以及高效率非线性光梳光谱变换的核心问题。本项目可为双频光梳光源技术提供创新性的解决方法，并为其在高精度测量等领域的应用提供基础。

双光频梳技术作为当前国内外光频梳技术的研究热点与前沿方向之一，在高精度测量方面具有不可替代的优势。但传统稳频双光频梳光源技术在实现复杂度、系统成本与应用环境限制等方面存在着难以克服的瓶颈问题。采用基于光波复用方法的单腔双光梳光源，可以实现具有固有被动互相干性的双光梳稳定生成，进而实现基于“无稳频”双光梳的高精度时/频域信号测量方法，突破稳频双光频梳光源及双光梳精密测量系统面临的复杂度的瓶颈问题。.本项目围绕单腔双光梳光源及其应用，在基于波长、偏振等光波复用机制的单腔双光梳光源的生成机理，基于单腔双光梳光源的高精度时/频域信号测量方法，基于混合复用机制的单腔三光梳/四光梳生成及应用等方面开展了研究工作。.本项目在单腔双光梳光源方面，提出并实现了基于偏振复用机制的双光梳光源，探索了不同色散情况下的双光梳特性，生成了重复频率差连续可调谐的双光梳。在时/频域信号测量方面，开展了基于孤子自频移的单腔双光频梳光源光谱拓展方法研究，将自由运行的单腔双光频梳掺铒光纤激光器的光谱拓展到100nm之外的1.6微米波段，并保持高互相干性，实现了甲烷气体的高精度光谱测量；实现了基于双梳光谱测量技术的FBG动态传感测量系统以及超弱反射FBG阵列传感实时解调系统；面向燃烧过程监测，实现了对不同浓度和气压的低浓度混合气体光谱检测；开展基于双光梳异步采样方法的时域信号测量，实现了微米精度的绝对测距。在多光梳光源及应用方面，研究了基于波长和偏振混合复用机制的三光梳和四光梳光源；将波长复用的三波长光梳应用在了具有超长模糊距离的精密测距系统中；并采用该三光梳光源实现了微波信号无死区、快速、高精度的频率检测。.本项目探索并形成的单腔双光梳/多光梳光源及其时/频域信号测量技术为具有完全自主知识产权的低复杂度双光梳技术，可为今后基于双光梳光源的高精度测量技术提供有效的技术支撑。.本项目共发表期刊与会议论文33篇（其中SCI论文12篇，国际会议论文21篇），获得美国专利授权一项、申请一项，获得中国专利授权两项，毕业硕士生9人。已发表的论文被国际同行专家在多篇Nature Photonics等高水平论文中引用并积极评价。