高信噪比相干光频梳关键技术研究

摘要

光频梳是指一连串频率间距相等、幅度相同的光学谱线，形状类似梳子，具有很好的稳定性。在微波光子学中，光学频率梳作为一种非常有效的技术在光通信等多种系统中具有重要作用，除了在微波光子学领域的应用外，光频梳在光学传感、光谱学、时钟分布、高精度测量和测距以及波形合成等方面具有广泛的应用。 基于以上原因，本文的主要工作是围绕着以设计高信噪比相干光频梳的产生方案展开研究，并对该方案中所涉及的关键技术问题予以解决，然后在此基础上进一步完善该方案并对其进行理论分析和实验验证。 本文首先以介绍微波光子学为出发点，在阐述了国内外对光频梳研究现状的基础上，对光频梳的产生机制及其原理作了详细介绍，并据此设计了基于调制器级联法、循环频移器法以及基于光纤的非线性效应法这几种光频梳产生方案，然后分别对其进行理论分析和实验验证。但基于前两种产生方式所得到的光频梳谱线数目较少，稳定性较差；而基于光纤的非线性效应法生成光频梳可以使频谱大幅度展宽，但平坦度不好，实验证明以上这几种方案均无法满足实际应用中对宽带平坦光频梳的要求。 其次，我们提出了一种可以产生高信噪比相干光频梳的设计方案，并列出其中所涉及的关键技术问题并逐一进行解决，其中重点介绍了参数混频器的构建和HNLF色散优化问题。对于HNLF色散控制，又研制出了一种可以优化HNLF色散的光纤卷绕机，利用该机器对光纤施加纵向应变来展宽SBS增益谱，以进一步实现光频梳的频谱展宽并改善其平坦度。 在此基础上，我们构建了可以产生高信噪比相干光频梳的OFC发生器，并阐述其理论基础然后通过实验演示的方式对该方案进行验证，将调制器级联法产生的光脉冲作为频谱展宽的种子源，使其经过参数混频器后进行脉冲压缩；然后将未施加应变和施加应变的105m HNLF1分别放入到光链路中，通过对比二者光谱图可知，施加应变的HNLF1对改善光频梳的平坦度作用很小，因此利用这种方式来改善频梳性能可行性较小。随后在该方案基础上，通过引入WaveShaper来对宽带光频梳进行整形处理，在1538-1565nm波长范围内，可以得到平坦度约为4dB、分辨带宽为0.1nm、信噪比约为15dB且梳齿数目为270根左右的高质量光频梳，并经由实验验证了该方案的可行性，为后续的光频梳实验提供了良好的基础。

目录

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1 绪论

1.1 微波光子学概述

1.2 课题研究背景与意义

1.2.1 光频梳简介

1.2.2 光频梳的国内外研究现状

1.3 论文结构与安排

2 光频梳产生方案设计及技术实现

2.1 光频梳产生机制及其原理概述

2.2 基于调制器级联法生成光频梳

2.2.1 理论分析

2.2.2 实验方案及结果分析

2.2.3 VPI仿真

2.2.4 结论

2.3 基于循环频移器法产生光频梳

2.3.1 理论分析

2.3.2 RFS实验方案

2.3.3实验结果分析

2.4 基于HNLF的非线性效应法生成光频梳

2.4.1 HNLF中的CFWM效应

2.4.2增强HNLF中的CFWM效应

2.5 本章小结

3 高信噪比相干光频梳产生方案的设计

3.1 设计方案的提出

3.2 关键技术探究

3.2.1 啁啾的消除

3.2.2 参数混频器的构建

3.2.3 HNLF色散优化

3.3 SBS增益谱展宽的实现

3.3.1 光纤中SBS相关理论

3.3.2 SBS增益谱展宽的实验原理

3.3.3 SBS增益谱展宽的实验方案

3.3.4 SBS增益谱测量

4 高信噪比相干光频梳生成的实现

4.1 高信噪比相干光频梳产生原理

4.2 高信噪比相干光频梳实验验证

4.3 宽带平坦光频梳实现方案

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望分析

参 考 文 献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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