飞秒频率梳重复频率控制及脉宽测量技术研究.pdf

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1、硕士学位论文飞秒频率梳重复频率控制及脉宽测量技术研究RESEARCHONFEMTOSECONDFREQUENCYCOMBREPETITIONFREQUENCYCONTROLANDPULSEWIDTHMEASUREMENT王冠文哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TH741学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文飞秒频率梳重复频率控制及脉宽测量技术研究硕士研究生：王冠文：导师：付海金副教授申请学位：工学硕士学科：仪器仪表工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH741

2、U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONFEMTOSECONDFREQUENCYCOMBREPETITIONFREQUENCYCONTROLANDPULSEWIDTHMEASUREMENTCandidate：WangGuanwenSupervisor：AssociateProf.FuHaijinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentScienceandTechnologyAffiliation：Depart

3、mentofAutomaticMeasurementandControlDateofDefence：July,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要飞秒光频梳在时域表现为超短脉冲序列，在频域表现为等间隔梳状多光谱，自诞生之日起就受到国内外学者的关注，在精密光谱测量、高精度激光测距等领域具有潜在的重大应用价值。飞秒光频梳的频域关键参数包括表征梳齿间隔的重复频率和表征零阶梳齿频率的偏置频率，任何一个梳齿的频率都可以通过其阶数乘以重复频率，再加上偏置频率进行计算。为实现上述

4、高精度测量，飞秒光频梳的重复频率稳频控制必不可少。同时，为精确了解飞秒光频梳的时域状态，其脉冲宽度的测量同样不可或缺。针对上述两方面应用需求，本课题进行了飞秒光频梳的重复频率控制和脉冲宽度测量研究，具体内容包括：1.针对飞秒光频梳受环境振动、功率抖动等因素影响，其重复频率在一定范围内快速变化的问题，首先分析了生成飞秒光频梳的光纤环形腔基本结构，验证了环形腔腔长对重复频率的决定作用，设计了基于压电陶瓷的腔长调节机构，设计并实现了基于模拟锁相的重复频率稳定控制单元。5分钟内，飞秒光频梳的重复频率可稳定控制在0.20Hz范围内。2.针对环境温度变化导致飞秒光频梳重复频率大范围漂移的问题，对

5、光纤环形腔长度的热敏感系数进行测试，根据压电陶瓷的腔长调节范围确定了温度补偿需求，设计了用于放置光纤环形腔的恒温机构，设计并实现了基于PID控制的光纤环形腔恒温单元。能够在目标温度下，实现光纤环形腔精密恒温控制。在目标温度18.5℃的条件下，实现了小于0.12℃范围的光纤环形腔精密恒温控制。结合模拟锁相重复频率控制单元，实现了1小时内，飞秒光频梳重复频率在0.20Hz范围内的稳定控制。3.针对飞秒光频梳脉冲过窄，难以直接测量脉冲宽度的问题，利用双光子吸收自相关探测原理，首先借助反向泵浦掺铒光纤放大器放大飞秒光频梳能量，再利用改进的迈克尔逊干涉光路，振荡某一路反射镜以形成光程扫描，探测

6、并计算双光子吸收自相关信号的宽度，根据自相关信号与脉冲的对应关系实现脉冲宽度的反算。设计并实现了原理样机，进行了初步测试。关键词：飞秒光频梳；重复频率控制；脉宽测量I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractFemtosecondopticalfrequencycombsshowultrashortpulsesequencesinthetimedomainandequidistantcomb-likemultispectralspectrainthefrequencydomain.Theyhaveattractedtheattentionofscholarsathomeandab

7、roadsincethedateofbirth,andtheyhavebeenusedinprecisionspectroscopyandhigh-precisionlaserranging.Otherareashavepotentialsignificantapplicationvalue.Thefrequency-domainkeyparametersoffemtosecondfrequencycombsincludetherepetitionfreq