基于飞秒光学频率梳产生超低噪声微波源

• 作 者: 钟艺峰
• 出 处: 广东工业大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 飞秒光学频率梳 掺镱光纤激光器 重复频率锁定 高次谐波锁模 光生微波

本文重点是研究通过飞秒光学频率梳,产生超低噪声的微波源。随着科技的发展,高精度的微波信号在基础研究、工业、国防、医学的各式各样的领域都起到了重要的推进作用。传统的微波源依赖电生微波的方法,无法突破一些电学方面的瓶颈。相比较微波信号而言,光波工作在更高的频率上,因而可以实现更高的频率精度和更低的相位噪声。光学频率梳正是这样的一种联系纽带,将微波频率同光波频率紧密联系在一起,从而可以利用光学的手段产生理论上更低相位噪声、更高频率精度的微波信号。本文以非线性旋转锁模的飞秒掺镱光纤激光频率梳为基础,通过对光梳重复频率的精密控制,以得到基于飞秒光频率梳脉冲重复频率的低噪声微波信号,并分析其噪声特性。利用掺镱光纤激光器,以非线性旋转偏振锁模的方式完成了激光锁模,并精密控制了重复频率,得到了一个更加稳定的光梳系统。根据所需的增益、色散和重复频率等需求情况,计算出光纤的长度,加入相应光学元器件完成锁模激光器的搭建。激光器出光以后,通过调节波片以及光栅对的间距使激光锁模。激光器可以实现自启动锁模,具有良好的稳定性。记录了锁模激光器输出的光谱、频谱等数据。利用宽带低噪声锁相控制回路,对飞秒光纤激光器的输出重复频率完成控制和锁定并对锁定回路中各种器件的噪声特性进行测量分析。考虑了温度、湿度等外界条件对激光器的影响,找到了最优的实验环境条件。实验中获得了基频（143MHz）锁模脉冲,给出了重复频率的锁定结果,艾伦偏差最低为:3.98×10^{-1 3}@1s。当泵浦功率增加,在调试波片与光栅对间距的过程中,发现了谐波锁模的现象,实验中得到了最高八次谐波锁模脉冲。同样使用搭建的重复频率锁定系统对谐波锁模脉冲进行精密控制,得到了各次谐波锁模脉冲的重频锁定结果艾伦偏差,相较于基频锁模的结果要差。使用相位噪声仪对各种锁模脉冲已锁定的重复频率进行分析,之后加入了分频器对低频部分的频率加强控制作用,但是并没有得到更优的频率稳定性结果。