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基于电光调制的高分辨率双光梳光谱技术研究 [2025-07-18] |
【作者】 李昊 中国科学院上海光学精密机械研究所 【导师】 陈迪俊 中国科学院上海光学精密机械研究所 光学频率梳,简称“光梳”,在时域上表现为等时间间隔的载波包络脉冲序 列,在频域上表现为等频率间隔的梳齿状结构。因为其梳齿具有等频率间隔的特 点,光梳可以作为精密光谱测量的有力工具。双光梳光谱技术则是利用两台具 有微小梳齿间隔的光梳进行多外差拍频,将光梳从光频域下转换到射频域的技 术,与传统的傅里叶变换光谱技术相比在光谱覆盖范围、检测灵敏度、光谱分 辨率、测量速度和频率精度等方面展现出优势,但是受限于传统锁模脉冲激光 器的重复频率限制,其光谱的测量分辨率很难下降到 100 MHz 甚至 10 MHz 以 下,不利于高分辨率光谱测量技术的应用。电光调制频率梳,简称“电光梳”, 电光梳由电光调制器对连续波单频激光进行电光调制产生,调制信号的频率即 为光梳的重复频率,与传统飞秒光梳相比,梳齿间隔便捷可调,可以实现 10 MHz 以及更小的梳齿间隔而不受腔长尺寸的限制,并且不需要复杂的重复频率 与载波包络偏移频率的锁定系统,简化了光梳系统的复杂性。本文基于电光梳的产生原理使用 1550 nm 波段的连续波单频激光器、电光 相位调制器与声光调制器搭建了电光双光梳系统。使用 27 dBm 的单频信号调 制分别产生了梳齿间隔为 100 MHz、200 MHz、400 MHz 和 800 MHz 的电光梳, 并使用梳齿间隔为 400 MHz 与 800 MHz 的电光双光梳对 H13C14N 气室进行测量, 测量梳齿个数分别为 19 根、17 根,覆盖光谱宽度分别为 7.2 GHz、12.8 GHz, 得到了 H13C14N 气室的 P8~P10 三根吸收峰的透射谱线,分析了单频信号调制产 生电光梳在平坦度、光谱测量分辨率等方面的局限性与不足。提出了一种多频小信号调制产生电光梳的方案,使用单频小信号对单频光 进行调制主要产生一阶边带,高阶边带可以忽略,据此可以产生除中心载波外 平坦梳齿的密集型电光梳。使用该方案产生梳齿间隔分别为 100 MHz、50 MHz 和 10 MHz,除中心载波外的梳齿平坦在 10dB 以内,光谱宽度为 8 GHz 的密集 型电光梳,梳齿个数分别为 81、161 和 801。使用上述产生的电光双光梳对 H13C14N 气室进行测量,得到的 P8~P10 三根吸收峰的透射谱线,拟合计算得到 了气室的压强在 11 Torr,验证了该方案进行高分辨率光谱测量的可行性。 基于电光调制的高分辨率双光梳光谱技术研究.pdf |