基于皮秒光参量放大技术的微弱光信号灵敏探测研究

《基于皮秒光参量放大技术的微弱光信号灵敏探测研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、密级：中国科学院大学Uni、他I葛ityofChiⅡeseAcademyofSciences博士学位论文作者姓名：韭盏指导教师：墨室坐硒塞虽生国型堂瞳物理巫塞压学位类别：堡堂熊±学科专业：迸堂研究所：生国型堂医堑堡硒塞压2013年5月ByJingZhangADissertationSubmittedtoTheUniversi够ofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfmmentOftherequirementForthedegreeofDoctorofScienceInstituteofPhysicsChineseAcademyof

2、Sciences5MOnth，2013Y．ear摘要自1965年对光参量放大器(OPA)的首次报道以来，由于OPA自身优越的性质，例如高增益、宽调谐及宽带增益带宽等，它一直受到科研工作者的广泛关注。在过去的十年间，OPA的最重要应用之一是作为前置放大器，实现对微弱光信号的灵敏探测。一般而言，微弱光信号可能携带重要信息，所以微弱光信号的探测对实际应用而言是特别必要的。0PA对光信号的参量增益可以达到106．108，因此经OPA放大后，可以利用普通的光电探测器探测参量放大后的微弱光信号，实现对微弱光信号的灵敏检测。本论文对皮秒光参量放大技术应用于光信号的参量放大及灵敏探测

3、进行了研究与探索，主要内容概括为1．对皮秒超连续白光的产生及其光参量放大进行了实验研究。利用1064IlIIl皮秒脉冲光激发去离子水产生超连续白光，其经355m泵浦的beta_barium-borate(BBO)．OPA放大后，可以获得高能量的窄带皮秒参量激光，波长调谐范围为430—2035Illll，覆盖了整个可见光及近红外区域；同时在近简并点匹配条件下，还获得了半高全宽为54姗的宽带参量激光脉冲输出。当泵浦光355m的能量为2．6mJ时，可调谐皮秒脉冲的最大输出能量为0．57n1J，对应的波长为648m。超连续白光经光参量放大后可获得高能量的宽带脉冲和窄带脉冲，提

4、高了其光谱成分的功率密度，扩大了超连续白光的应用范围。相关研究成果发表在AppLOpt．49，6645-6650(2010)上。2．进行了荧光宽带皮秒光参量放大的实验研究。用Nd．YAG激光的二次谐波532m皮秒脉冲光聚焦激发吡啶1染料溶液，产生染料荧光，作为355IlIll泵浦的OPA的种子光。采用简并点I类相位匹配方式实现宽带放大。在饱和放大区域，对应于近简并点处的不同相位匹配角，获得了带宽为16．53m的宽带高能量非相干光脉冲，最大输出能量达到0．67mJ；在小信号条件下，简并点处，放大脉冲的半高全宽与理论模拟相符合。所产生的高能量非相干光经光学滤光片和压缩器后

5、，可作为参量下转换的泵浦光、信号光或闲频光。此参量下转换过程在特定的相位匹配条件下可以产生高度相干的单色光，可为更多研究和应用的需要提供重要光源。相关研究成果己在Chill．Phys．B．21，084211(2012)上发表。3．对皮秒OPA技术应用于相干光532m微弱光信号的灵敏探测进行了研究。我们推进了10Hz，15ps，355姗泵浦的BBO．OPA系统对于微弱光信号的探测灵敏度，使其在没有使用锁相放大器的条件下对于532m信号的探测极限达到了1．03aJ／脉冲(相当于3个532IllIl光子)。此OPA系统的增益为1．36×108。与之前工作相比，探测极限和线性

6、增益都有所提高，这主要归功于探测距离的增大，以至于参量超荧光背景噪声经长距离传播后急剧降低。波长为532mn的商用激光器在激光雷达和空间通信方面具有深远的应用潜能。在实际应用中，对于532IlIll微弱光信号的灵敏探测是十分必要的。相关研究成果发表在Opt．Comm硼．291，329_333(2013)上。4．利用近简并点相位匹配的皮秒光参量放大技术实现了微弱非相干光信号(710m)的灵敏探测。探测信号为相干性差的被放大自发辐射光，我们通过增加探测距离、双波长注入及相位失配放大等方法进一步降低了参量超荧光背景噪声和提高了检测极限。此放大器的增益为1．5×108；探测极

7、限为1．25aJ，对应5个710nm光子。该方面的研究结果己在Appl．Opt．51，8877-8882(2012)上发表。5．对相位敏感放大的OPA和后向OPA技术进了介绍和分析。本论文中所利用的OPA技术是前向的非相位敏感放大的光参量放大器，与之相比，相位敏感放大技术可以抑制相位噪声的放大，从而降低OPA放大器的噪声值。对于后向0PA技术，当泵浦光的强度接近于后向参量振荡的阈值时，OPA的参量增益会非常高。实验上，采用这两种技术有望实现单光子水平的皮秒光参量放大，相关工作正在进行中。论文关键词：皮秒光参量放大器，微弱光信号，灵敏探测器，频率转换器