飞秒脉冲时域微分技术实验研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院国家授时中心) | 被引量 : 0次 | 上传用户:wavepku
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近年来由于原子钟技术的迅猛发展,产生的时间频率信号的准确度和稳定度已进入10-18量级。为了使时间频率的传递精度能够满足高精度的应用需求,学者们提出了基于量子优化的时间传递方法:Lamine B.等人提出利用一阶时域微分脉冲作为参考光与经过相位噪声压缩的信号光进行平衡零拍干涉测量,测量到的时延精度理论上能达到10-22-10-24 s量级。Jian P.等人指出,利用高斯脉冲与高斯脉冲的电场包络二阶时域微分作为参考光源可以使时延测量的灵敏度免受压强、温度、湿度等大气参数变化的影响。上述方案都需要采用时域微分脉冲作为参考光源,因此有必要对脉冲时域微分技术进行系统的研究。目前的脉冲微分方法受限于输入能量或能量转换效率的限制,难以得到高功率的微分脉冲,限制了其在高精度时间传递中的应用。为了进行高效的脉冲时域微分,本文首次采用基于4-f傅里叶脉冲整形系统对脉冲的频域进行振幅和相位调制来得到脉冲的时域微分,并将实验结果与基于相消干涉的微分方法进行了简单比较。完成的主要工作如下:(1)搭建了基于4-f傅里叶脉冲整形系统的实验装置,调整4-f系统中光栅以减小其引入的色散,优化后的光栅引入的负色散约-170fs2.(2)采用多光子脉冲内干涉相位扫描(multiphoton intrapulse interference phase scan method,MIIPS)的方法对脉冲的色散进行补偿,得到了接近傅里叶变换极限的脉冲。(3)确定了液晶空间光调制器(liquid crystal spatial light modulator,LC-SLM)像素点与波长的对应关系,设计相位和振幅调制函数。(4)分别利用脉冲整形系统及索雷巴比涅补偿器(Soleil-Babinet compensator,SBC)进行脉冲的时域微分操作,微分脉冲的电场强度与理论值吻合良好。(5)分别利用干涉频率可分辨光开关(interference frequency resolved optical gating,i FROG)法以及傅里叶变换光谱干涉(Fourier transform spectrum interference,FTSI)法对微分脉冲相位进行测量,测量结果符合理论预期。采用4-f脉冲整形系统得到的一阶电场微分脉冲的能量转换效率为72.12%,一阶和二阶电场包络微分脉冲的能量转换效率分别为11.10%和3.53%,在LC-SLM有效调制范围内(804.5-822nm)三者的电场保真度分别为99.53%、98.37%和97.32%。相比于目前的脉冲微分方法,本方法具有可承受的输入能量高且微分脉冲能量转换效率高的特点,可以产生较高功率的微分脉冲,此外本方法还够产生任意阶数的微分脉冲,因此更加适用于高精度的时间同步应用。
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