一、用于激光冷却的半导体激光器大频差边模注入锁定的理论及实验研究（论文文献综述）
石梦悦[1]（2020）在《基于光纤中SBS效应的高性能微波信号生成及滤波研究》文中进行了进一步梳理光子具有低传输损耗、宽带宽、抗电磁干扰的优点,近几年常常被用于微波信号的生成与处理,微波光子学应运而生。基于微波光子学的微波信号生成及处理,可以应用于通信、雷达、传感、成像和卫星通信等领域,因此,近几年受到大家广泛的研究关注。微波光子学是将微波信号调制到光域,进行采样、变频、整形等处理后,再转换为电信号输出。微波光子学技术可以实现具有高频率、低相位噪声的微波信号及大时间带宽积的扫频信号生成,并且可以实现信号的长距离传输,降低传输成本,以解决电信号存在的损耗大、传输距离短、频率及带宽有限、电子干扰等问题。同时,微波光子技术可以实现以相对简单的系统,实现对高频率微波信号的快速处理,降低了高频电信号处理的成本及复杂度。其中,单频及多频微波信号的生成,应用于信号传输的本振信号、信号的上下变频、传输及传感等方面尤为重要,但现有方案生成的微波信号的频率调节灵活性、频谱纯度、相位噪声等性能仍有待提升。微波光子滤波器作为高频宽带信号处理的关键器件,其滚降曲线、抑制比等性能直接决定滤波后信号的信噪比。因此,优化微波信号发生器及微波光子滤波器性能,对于完善微波光子系统,提升高频信号生成及处理技术,具有重要的研究价值。受激布里渊散射效应（Stimulated Brillouin Scattering,SBS）具有低阈值、高增益的特点,产生的布里渊增益谱带宽窄、中心频率可灵活调谐,作为光电振荡器的选模器,可大大提升生成微波信号的频率调谐灵敏度。通过扫频泵浦的方式对SBS增益谱进行叠加展宽,可用于设计带宽及形状可编程的微波光子滤波器,在微波光子学领域具有广泛的应用前景。本文利用SBS,针对微波信号及微波光子滤波器的性能提升问题,展开一系列的理论分析及系统性的实验验证,具体内容包括:1.兼具低相噪、高频率调节灵活性的布里渊光电振荡器设计针对高频、高频率调节精度、高频谱纯度和低相位噪声的微波信号生成问题,文本提出采用具有高Q值的光电振荡器（Optoelectronic Oscillator,OEO）以SBS窄带增益谱作为OEO的选模滤波器,通过控制SBS的泵浦波长,实现生成微波信号频率的灵活调节。采用一个高稳定的激光器输出同时作为SBS频移的调制载波与OEO振荡环路载波,通过窄带光滤波器选择相位外调制后不同的高阶边带,作为SBS的泵浦,通过改变调制器驱动电信号的频率及边带阶数,可以实现所产生电信号频率的宽范围、高精度调节。实验获得了频率调谐分辨率为10 MHz,调谐范围高达40 GHz的微波信号,这是目前利用SBS实现的具有最高频率调谐精度的OEO系统。不同频率下,生成的微波信号保持单模的特性,在100 k Hz偏移频率下,单边带相位噪声低于-120 d Bc/Hz,低于现阶段商用微波源10 d B以上,并通过实验分析了系统有源器件是引入噪声的主要因素。本方案验证了基于SBS的OEO生成具有超低相位噪声的微波信号的可行性,并为分析和降低OEO系统噪声提供指导。2.结合光注入锁定及光锁相技术的高稳定布里渊光电振荡器方案为解决传统微波信号生成向高频发展的电子瓶颈问题,采用基于受激布里渊技术的光电振荡原理,创新地结合光频梳技术、注入锁定技术和光锁相技术,实现任意高频可调谐的高稳定、超低相噪的微波信号生成。本课题采用级联的强度相位调制产生光频率梳,将从激光器的输出注入锁定在上述某一支外调制的高阶边带后,作为SBS的泵浦,保障高边带抑制比的同时,可以提供充足的泵浦功率,通过调节驱动电信号的频率,并选择不同阶边带进行注入锁定,验证了频率调节范围为40 GHz,调节精度达8 MHz的微波信号生成,采用双环的架构保证了单一的模式振荡,实现60 d B以上的边模抑制比,并在不同频率下,保持超低的相位噪声。由于泵浦信号和环路载波是相干的,一定程度上避免了激光器差异引入的额外频率噪声,通过采用具有更宽响应带宽的器件,生成信号保持高性能的同时,信号频率可以扩展到毫米波波段。在上述研究的基础上,本文提出了OEO结合光锁相环的方案,补偿环境温度及抖动引入的频率漂移,以一个5.8 GHz的微波信号为例,与自由振荡条件下相比,在0.1 Hz偏移频率下,信号的单边带相位噪声从40 d Bc/Hz降低到-10 d Bc/Hz。相位锁定后OEO生成的微波信号,在1小时内的频率波动低于5 Hz,而在自由振荡情况下,该波动量为8 k Hz,频率稳定性提高了1600倍,该方案大大提升了信号的长期稳定性,为布里渊OEO的实用化奠定基础。3.双频可独立调节的布里渊光电振荡器设计双频微波信号在信号变频、传感等方面的应用,对信号的频率调谐性及稳定性提出更高的要求。为解决双频光电振荡器的模式竞争问题,保证低相噪的同时,提升信号频率的调节灵活性,本文采用注入锁定和偏振复用技术,结合SBS的灵活调谐性,生成双频可独立调谐的高稳定超低相噪的微波信号。实验采用级联的强度相位调制生成光频梳,将两个从激光器分别注入锁定到光频梳的不同边带后,输出信号作为SBS的泵浦,并引入正交的偏振复用调制,实现在同一个OEO振荡环路中,两个不同模式的微波信号生成。该方案打破了环路的模式竞争,产生了频率在40 GHz范围内的双频微波信号,生成信号可以以10 MHz精度进行独立地频率调节,不同频率下二者的相位噪声基本一致,10 k Hz频率偏移处,单边带相位噪声约为-116 d Bc/Hz,保证了高频谱纯度与低相位噪声。4.基于扫频泵浦的布里渊微波光子滤波器设计针对传统电滤波器存在频率调节性有限,滚降曲线不理想的问题,本文设计带宽形状可高精度调谐,具有低带内抖动,完美滚降曲线的微波光子滤波器,以满足通信过程中的信号整形及滤波需求。本文研究了在扫频电信号的驱动下,采用载波抑制单边带调制的方案,通过扩宽SBS的泵浦,进而扩展SBS的增益谱,实现增益型微波光子滤波器的生成。通过引入数字反馈控制电信号的方法,将滤波器的带内抖动抑制在2 d B以内,并通过对泵浦中心波长及带宽的控制,实现对SBS滤波器的数字化灵活控制,获得了带宽为2 GHz内,中心波长可灵活调谐的微波光子滤波器。进一步地,本研究实验分析了扫频泵浦周期对滤波器性能及数字信号传输质量的影响,为基于扫频泵浦的SBS滤波器方案配置,提供了理论支持。为提升SBS的泵浦功率效率,本文采用相位调制的方案检测SBS的增益谱,同时测量SBS的强度及相位信息,实现了抑制比提升的微波光子滤波器设计,并引入色散补偿模块,避免色散引入噪声,通过偏振态及色散控制,可以实现滤波器波形的简单控制,为SBS滤波器的波形控制提供新的方法。本文提出的基于SBS的OEO,解决了频率调节灵活性问题,并大大提升了信号频率的长期稳定性;基于SBS的微波光子滤波器,保证中心波长及带宽灵活配置的基础上,分析了扫频周期配置及抑制比提升方案;进一步地,本文还提出了OEO和微波光子滤波器的实用化研究方向。可见,SBS在微波光子学领域的应用具有极大的潜力,值得我们进行更加深入的研究,以满足现代科技发展的需求。
袁泉[2]（2019）在《基于腔外射频调制的频率可控光源研究》文中认为随着微波光子学的发展,在激光腔外通过射频调制光载波频率,为实现光信号频率的精确控制提供了新的思路。腔外调制将种子光源与频率调制部分彼此分离,不改变种子光激光腔的结构,保证了种子光输出线宽、波长、功率等参数的稳定性,且方便更换种子光源进行系统升级;使用成熟稳定的射频信号调制光载波,保证了光源频率调谐的精确性和稳定性。本文研究了基于双平行马赫曾德调制器（Dual-parallel Mach-Zehnder modulator,DPMZM）的腔外精确控制光载波频率的方案。种子光经DPMZM腔外调制后激发产生出各阶边带,再通过射频信号和直流偏置电压实现对DPMZM输出边带能量和频率间隔的精确控制。以DPMZM对种子光腔外频率控制的研究为基础,本文设计并研究了三种频率可精确控制的光源,主要内容如下:1.基于腔外循环移频的扫频光源研究利用DPMZM对种子光在腔外进行循环移频,实现高速高线性度的扫频光输出。进一步通过射频信号精确控制种子光的扫频范围,实现了光谱可等效拼接的多波长并行扫频,克服了单波长扫频光源的扫频速率和扫频范围之间相互制约的技术瓶颈。实验实现了最大扫频速率为1.23MHz、波数域扫频线性度为0.99999的多波长并行扫频输出。探究了在不影响扫频速率情况下,扩展扫频范围至60nm的潜力。2.基于腔外射频控制的频差可调双频光源研究在腔外利用马赫曾德结构和两只DPMZM对同一种子光同时进行不同频率大小的调制,从而实现双频光输出,克服了单一调制器工作带宽对双频光输出频差的限制。实验上实现了双频光频差从40k Hz至30GHz的大范围连续精密调谐,并初步探究了频差可调双频光源在激光干涉测量系统中的应用潜力。3.基于腔外射频调制和级联四波混频的频率间隔可调多波长光源研究利用DPMZM调制种子光产生多个边带,通过四波混频和级联四波混频效应扩展边带个数,实现多波长输出,并通过DPMZM上加载的射频驱动信号,实现频率间隔的精确控制和调谐。针对相控阵雷达系统,实验实现了多波长输出频率间隔可随时间按线性或正弦形式变化,频率间隔调谐范围为4GHz至16GHz。
蒋振坤[3]（2019）在《基于单边带调制器的宽可调谐频差双频光源》文中研究表明随着精密测量技术的发展,激光干涉测量成为精密测量技术的重要组成部分。双频光源具有强抗干扰能力,高测量精度以及非接触探测等优点,被广泛的应用于各类精密测量系统。双频光源的频差是一个重要参数,直接影响了测量分辨率等关键参数。本文调研总结了精密测量对频差的需求以及国内外双频光源的发展现状,在此基础上提出了基于单边带调制器的宽可调谐频差双频光源方案。基于单边带调制器的宽可调谐频差双频光源由单频种子光源和基于马赫-曾德尔（MZ）结构的独立移频两部分组成。它的优势在于:双频光来源于同一单频激光器,能规避单频激光器频率和相位抖动对双频光的影响;双频光的产生在种子激光器腔外,可根据应用需求选择不同性能的种子光;利用单边带调制器对种子光进行移频,移频量由射频频率精确控制且可连续调谐。本文主要工作如下:1.理论研究基于单边带调制器的宽可调谐频差双频光源的原理,分析其结构优势;理论研究单边带调制器实现单频光移频的原理,分析影响移频量大小的因素;在上述两点基础上,理论数值模拟分析双频光源可实现的最大和最小频差以及频差的可调谐范围和频差稳定性;理论研究双频光拍信号的相位噪声,分析相位噪声对双频光源最小频差的影响;理论模拟分析单频激光器和射频驱动信号对双频光源的双频光输出功率、双频光的光谱边模抑制比的影响;理论研究双频光拍信号信噪比。2.实验研究利用单边带调制器实现对种子光的多边带调制输出以及单边带调制输出,研究单频激光器的频率、射频驱动信号的频率以及功率对单边带移频量的影响,获得边模抑制比超过30d B的?1阶的单边带移频输出。实验构建基于单边带调制器的宽可调谐频差双频光源,研究双频光源的最大和最小频差以及频差的可调谐范围:双频光源频差最小值为40k Hz,频差最大值为30GHz,且频差在40k Hz至30GHz范围内能连续自由精确地调谐。实验分析频差的稳定度:对于MHz和GHz量级频差的双频光,其频差的标准离差率分别处于109-和10-11量级。实验研究了单频激光器和射频驱动信号对双频光光谱边模抑制比的影响,实现了最大43d B的边模抑制比。实验研究分析了单频激光器功率以及射频驱动信号功率对双频光输出功率的影响。
程丽君[4]（2018）在《高功率射频强度调制固体激光源的研究》文中提出光载微波激光雷达是微波雷达和激光雷达相结合的一种新型雷达,具有抗电磁干扰能力强、空间分辨率高和抗大气湍流干扰能力强的特点,在军事探测和民用遥感等方面有广泛应用前景,射频强度调制激光源是光载微波激光雷达系统的重要组成部分。射频强度调制激光源的实现方法多是电光调制等直接调制法,直接调制法普遍应用于光纤通信领域,局限性是功率较小,调制深度受到限制。频率差在射频波段的两束激光进行干涉是产生射频强度调制激光的另一种重要方法,双频激光器输出的射频强度调制激光具有功率高、调制深度大,调谐范围宽的优点,对光载微波激光雷达实现远距离空间探测和水下探测有重要意义。本文分别采用半导体激光泵浦多级光纤MOPA和双频注入锁定的方法实现了高功率连续和脉冲射频强度调制激光输出,并通过倍频实现了高功率射频强度调制绿光输出。论文主要完成了如下工作。（1）进行了双频激光种子源的理论与实验研究,根据兰姆半经典理论,建立了双频固体激光器的理论振荡模型,给出了产生双频激光输出的条件,以此为依据提出了双频激光器的优化方法。分析了电光晶体和双四分之一波片作为双折射元件实现频差可调双频激光原理和调谐范围,并且利用双四分之一波片法搭建了双频Nd:YAG激光器,得到了双频激光,功率为9.5 m W,频差调节范围为30 MHz～1.5 GHz,测量了双频激光的耦合系数,与兰姆半经典理论模型计算结果一致。（2）进行了连续双频激光光纤功率放大的研究,建立了大模场掺镱双包层光纤放大理论模型,分析了信号光功率和泵浦光功率在光纤放大过程中的传输规律,得到了增益光纤的理论最佳长度。搭建了半导体激光泵浦三级光纤功率放大系统,将双频激光作为种子信号进行放大,得到了50 W连续双频激光输出,对放大前后双频激光的特性进行了对比测量,结果表明双频激光在放大前后的功率稳定性和拍频稳定性没有发生明显变化。（3）进行了双频激光注入锁定调Q脉冲激光的研究,分析了双频激光注入锁定的过程,得到了注入锁定的频率限制条件,从麦克斯韦方程组出发建立了双频激光注入锁定的理论模型,数值模拟了双频激光注入锁定的脉冲波形。进行了双频激光注入锁定电光调Q脉冲激光器的实验研究,得到了强度调制的脉冲激光,脉冲的峰值功率为437 k W,调制频率为224 MHz,实验研究了注入锁定概率与注入信号的关系,当注入双频信号的功率为60 m W,频差为210 MHz时,注入锁定的概率最高为60%。（4）分别利用Mg O:PPLN晶体和KTP晶体对高功率连续双频激光和脉冲双频1064 nm激光进行了倍频实验,得到了射频强度调制的532 nm连续激光和脉冲激光,其中连续双频激光的倍频转化效率为14.6%,脉冲双频激光的倍频转化效率为32.4%。
戴荣[5]（2018）在《Nd:YVO4双频微片激光器的热致频差调谐及功率均衡实验研究》文中进行了进一步梳理毫米波和亚太赫兹波源在无线通信、光载波雷达、频率计量和光谱分析等领域展现出了较大的应用前景。通过改变掺钕介质的温度达到对双频激光信号的频差调谐,进而获得超过100 GHz以上的双频激光信号,对研究频率范围更高,频段范围更宽广的毫米波源具有很大的研究价值。此外,在超大频差激光信号输出前提下,通过调节LD抽运电流和热沉温控温度,实现激光信号功率均衡输出,可以提升外差拍频双频激光信号的拍频效率,从而得到大功率超大频差激光信号。双频微片激光器融合了频差调谐和功率均衡两项功能,是双频激光理论和技术领域的创新,具有良好的应用前景。为了对生成毫米波的双频微片激光器有更加具体的研究,本论文从双频微片激光器的热致频差调谐及功率均衡两方面进行理论和实验分析,其具体的内容从以下四个方面进行展开:（1）简单概述了毫米波技术发展的前景,对生成光毫米波的四种技术作了详细介绍。最后通过国内外研究团队在微片激光领域所做的工作,阐述了他们的研究成果。（2）介绍激光形成的物理基础和产生条件,对构成双频微片激光器的泵浦源,光学谐振腔和增益介质做详细分析。通过四能级速率方程,谱线加宽和模式竞争来阐述激光器的工作特性。最后概述了微片激光器的输出特性中的阈值功率,输出功率和斜效率。（3）对微片激光器的热致频差调谐进行实验研究。通过搭建符合条件的实验装置,将LD抽运电流分别固定在14.0 A和14.5 A,激光晶体温度从15℃调节到65℃,输出激光信号频差总体可在106.2 GHz-123.2GHz范围可调谐。实验结果发现,输出激光信号频差和激光晶体温度呈线性增长的关系,其增长率约为0.34 GHz/℃。实验表明热效应可以对激光信号频差进行调谐,进而输出亚太赫兹（sub-THz）频差。（4）对热效应引起激光晶体折射率和腔长变化作进一步研究。然后进行微片激光实验,在保证超大频差激光信号输出前提下,当LD抽运电流从13.5 A增加到14.5 A时,为保证激光信号左右峰输出相同的功率,对应的热沉温控温度必须从71.8℃下降到54.2℃,此时才能达到功率均衡,进而拍频输出最大的激光信号功率。实验结果表明,在双频激光信号超大频差和大功率输出时,LD抽运电流和热沉温控温度呈负相关关系。
刘贝[6]（2017）在《基于微尺度光学偶极阱中单原子操控的852nm单光子源研究》文中进行了进一步梳理单光子源作为具有最大反群聚效应的非经典光场,在量子物理的基本问题、量子保密通信、量子计算等研究中具有重要的意义。同时单光子源还可以用于弱吸收测量、制备真随机数。通常实现单光子源的物理载体包括单原子,单分子,单离子,单量子点,单NV色心,自发参量下转换,以及基于原子系综的四波混频过程等。基于微型光学偶极阱中单原子操控的单光子源,因其具有窄带宽、可与同类原子系综吸收线匹配、不受外界环境因素影响等特点,在量子光学的基本问题及量子信息处理方面都具有重要价值。本论文以实现852 nm单光子源并提高其不可区分度为目标,研究了基于微型光学偶极阱中单原子的高概率装载,高ON/OFF比脉冲激光系统,光脉冲共振激发过程中单原子俘获寿命的延长,单光子源的产生及不可区分度的提高等工作。本论文主要完成的工作如下:1).单原子高概率的装载。为了获得852 nm单光子源,首先需要实验提供稳定的单原子源。实验中我们搭建了超高真空气室的大磁场梯度铯原子磁光阱,利用紫外光诱导的光致原子解吸附效应并实时反馈控制四极磁场梯度,实验中实现了磁光阱中少数原子乃至单原子的高概率装载;并对连续光激发情形下,磁光阱中俘获原子所辐射荧光的光子统计特性进行了研究。但是磁光阱中俘获原子的光场与原子跃迁线近共振,使得原子处于不断的吸收与自发辐射过程中,破坏了原子的内部自由度,因此需要将磁光阱中的原子转移到保守势的远失谐光学偶极阱中,完成量子态的制备和探测。实验中搭建了1064 nm微尺度光学偶极阱,研究了磁光阱中单原子向偶极阱的高概率装载。结合蓝失谐激光诱导的光助碰撞和在紫外光导致的原子解吸附两种物理机制将微尺度光学偶极阱中单个铯原子的制备概率提高到了99%以上。2).852 nm单光子源的实验实现。为了有效延长脉冲光共振激发过程中单原子在微尺度光阱中的俘获寿命,我们分析讨论了微尺度光阱的振荡频率及加热机制,采用优化的交替激发/冷却方案,在高重复率、纳秒级脉宽的共振光激发情形下,将单原子的俘获寿命从典型的约100微秒延长至约2500毫秒。结合优化的交替激发/冷却方案,基于微尺度光阱中单原子的操控,实现了重复率为10 MHz的852 nm波长触发式窄带单光子源。利用HBT实验装置对单光子源的二阶相干度进行了测量,零延时处g（2）（0）=0.09。根据实验需要,我们研究了采用波导型电光强度调制器产生高重复频率脉冲光时,影响脉冲ON/OFF比的主要因素和物理机制,通过精密控温并寻找优化的工作点,显着地改善了纳秒脉冲激光的ON/OFF比和功率稳定性。此外,针对进一步改善脉冲激光的ON/OFF比,并有效提高脉冲激光平均功率的需求,提出了纳秒脉冲光通过动态注入锁定放大的方案,并在实验中作了验证。脉冲动态注入锁定放大,不仅可以有效提高纳秒脉冲激光的平均功率,而且使得被动激光器的输出激光频率在与主激光频率共振和大失谐状态快速切换,显着改善了输出脉冲激光的ON/OFF比。3).单光子源不可区分度的提高。基于1064 nm光学偶极阱中单原子操控的单光子源,由于偶极阱光导致原子能级的光频移,会影响单光子的不可区分度。为了消除光学偶极阱中原子跃迁频率空间位置依赖的空间非均匀频移,提高单光子源的不可区分度,实验中计算并搭建了魔数波长铯原子光学偶极阱,并实现了基于魔数波长光学偶极阱单原子操控的触发式单光子源。实验测量了铯原子6S1/2?F=4,mF=+4??6P3/2?F?=5,mF=+5?跃迁对应的魔数波长值为937.7 nm。实验中搭建了双光子干涉的实验装置,利用Hong-Ou-Mandel双光子干涉实验方案测量了单光子的不可区分度,相比较于1064 nm光学偶极阱,937.7 nm魔数波长光学偶极阱中单光子的不可区分度得到了改善。
靳刚[7]（2016）在《用于单原子触发式单光子源的短脉冲激发光系统研究》文中认为随着量子信息的快速发展,光子作为量子系统的代表,几乎参与所有的量子信息处理过程,近年来被广泛关注。作为量子信息的载体,光子可以用于量子计算,远程量子网络的飞行量子比特,混合量子系统的媒介等。近几年单光子源以其不可克隆的原理被认为是量子信息的关键部分被人们广泛研究。目前产生单光子源有多种方案,包括单原子,单离子,单分子,单个NV色心,量子点,自发参量下转换,和基于原子系综的四波混频过程等。此外,采用辐射源与光学腔耦合方式可以增加单光子的产出效率。基于中性原子的单光子源具有辐射光子的谱宽窄,易于存储介质的原子直接耦合等特点,对构建量子网络有一定的潜在价值。为了获得基于单原子的触发式单光子源,首先在磁光阱（MOT）中冷却并俘获单个原子,并将其转移到保守势的微型偶极阱中,进行特定的量子态制备,然后采用自制的纳秒脉冲激光系统对近似二能级系统的中性原子周期性激发,短时间被激发至上能态的原子由于自发辐射可以向4 π立体角内辐射荧光,采用高数值孔径的复合透镜组可以有效收集光子并用准直透镜将荧光聚焦耦合至光纤进行符合计数探测或后续量子信息处理过程。本文工作主要包括以下几部分:1.介绍单光子源的意义和研究进展,概述光和原子耦合的基本理论,表征脉冲光和原子相互作用过程激发光源需要满足的条件,包括足够高的峰值光强,频率共振,脉冲宽度小于上能态寿命等。2.针对z切割的电光强度调制器（EOIM）的不稳定性工作,实验上通过精密控温技术抑制了脉冲光OFF态光功率起伏,控温之后,功率起伏由6.35 μW/h下降至0.42 μW/h,通过匹配输入光偏振和寻找最佳控温工作点还可以大幅度提高脉冲光的ON/OFF比,相比于典型的出厂值20dB,静态ON/OFF比最高可达41dB,这对于提高单光子源的品质有至关重要的作用,高ON/OFF比脉冲光可以避免OFF态对于原子的多次激发。3.采用光学注入锁定的方式增加脉冲光的功率,峰值功率最大可达50mW,注入功率阈值为百微瓦量级,脉冲光OFF态注入时被动激光器自由运转频率与原子跃迁线蓝失谐32.6GHz。由注入锁定的动力学过程和实验参数推知最少19ps即可建立锁定状态。4.采用高ON/OFF比脉冲光注入半导体激光器实现的高功率激发光源对单个中性原子周期激发实现了触发式单光子源,其双光子概率小于4.2%。实际可测到的单光子平均为每秒636个。实现的触发式单光子源对于验证光子全同性,真随机数产生有重要的应用前景,确定性单光子可以经过信息编码之后存储于冷原子可演示量子中继等物理前沿问题。
刘辉[8]（2016）在《应用于锶光钟的激光技术及光谱探测研究》文中研究表明现代科学技术的发展使得一些领域,如基本物理常数的精密测量、全球卫星导航与定位系统、天文观测等,对时间频率的精度有了更高需求。锶原子光晶格钟是一种前瞻性的基准原子钟,是目前稳定度和不确定度最高的原子钟,其频率稳定度和不确定度都已经达到了10-18量级,很有可能成为新一代秒定义的时频基准原子钟。本文以中国科学院国家授时中心的锶原子光钟系统为实验平台,对锶原子光晶格钟的激光技术和光谱探测方面做了研究。主要工作包括以下几个部分:1.689nm窄线宽激光的研制。通过Pound-Drever-Hall（PDH）方法将外腔半导体激光频率锁定在ULE光学超稳腔上,研制了两套689nm窄线宽激光器,拍频得到的激光线宽约为230Hz,并且采用以氢钟为频率参考的光频梳测量得到其频率的线性漂移率为0.16Hz/s。在此基础上,采用光学注入锁定的办法对激光的功率进行放大,并对激光的频谱展宽和时序控制做了设计,满足了锶原子窄线宽冷却的需求。2.锶原子天然同位素组间跃迁频率的精密测量。首先,利用689nm窄线宽激光器获得了热原子束中锶原子天然同位素所有组间跃迁线的饱和荧光谱,由于该跃迁线荧光极其微弱使得低丰度值同位素谱线探测难度大,特别是丰度值只有0.56%的84Sr尚属首次报道的饱和荧光谱。然后,利用光纤飞秒光梳对饱和荧光谱的兰姆凹陷中心频率进行了精密测量。最后,经过评估测量中的主要系统误差,对测量结果进行了修正,给出了测量结果的不确定值,并得到了测量的最终结果。该实验测量得到的结果在误差范围内与国际上其它研究小组的结果一致,并填补了84Sr组间跃迁频率测量的空白。3.飞秒光梳单个模式的选择和放大。光频梳不仅可以用于光学频率的精密测量和光学原子钟,该仪器也是宽频段光学频率合成器的基础,能产生其光谱覆盖范围内任意频率的光源,并能使这些光源具备与频率参考源相当的相干性。但是,光频梳的输出光场中包含数目庞大的纵模,且单个纵模的功率极其微弱（一般小于1μW）,使得连续激光与光梳的拍频信号信噪比较低,对光学频率测量和相干性传递都会带来困难。针对该问题,本文通过级联光学注入两个外腔半导体激光器对光梳的模式进行主动滤波和放大,得到了功率达10m W,边模抑制比约为37d B的689nm窄线宽激光光源。4.88Sr冷原子的制备与Lamb-Dicke区1S0-3P0谱线探测。利用窄线宽激光对88Sr原子进行了窄线宽激光冷却,得到了温度小于1μK的锶原子磁光阱,并成功装载到了一维光晶格中。最后,利用线宽为Hz量级的超窄线宽激光探测到了磁场诱导下的88Sr Lamb-Dicke区钟跃迁谱线,并测量了钟跃迁的拉比振荡曲线,以测试系统的相干性。
刁文婷[9]（2014）在《单原子在磁光阱和远失谐光学偶极阱中的高效制备与相干操控》文中提出基于量子计算与量子通信的需求,量子系统已成为国际上研究的热点。用作量子系统的载体主要有：光子、量子点、超导环、金刚石中的N-V色心、离子、中性原子等。原子相对离子或其它系统而言,不易受外界电场和磁场的干扰,因此对保持其内态的相干性非常有优势,这为原子基态的相干操控提供了足够长的退相干时间；同时,原子可以与特定的激光相互作用,实现信息的存储、编码和读取等功能。单原子作为量子系统可以演示一些非经典效应,验证量子理论；并且扩展后的单原子阵列可以应用到量子计算与量子信息处理等领域,因此单原子的制备与相干操控成为研究的热点之一。虽然能够独立存储与读取数据的量子存储器还未实现,但是已经有很多科研组利用多种物理模型在实验上实现了单量子比特的制备,利用里德堡原子之间偶极-偶极长程相互作用下的里德堡阻挡机制实现了相邻微米尺度阱中原子之间的纠缠进而实现了受控非门,利用单量子比特与两量子比特的受控非门可以实现任意的门操作,这为量子计算机的实现带来了曙光。根据迪文森佐（DiVincenzo）判据,构建量子计算机需要五个基本条件：①具有很好量子比特（Qubit）特性的可扩展的量子系统；②量子比特可以初始化到某个特定的态；③量子比特必须有比逻辑门运算更长的退相干时间；④能够进行量子逻辑门的编码；⑤量子比特的读取及正误测量。从DiVincenzo判据中得出,要构建量子计算机必须具备可以初始化到任意相干叠加态并且可扩展的量子比特,此外能够对每个量子态进行可靠的读取。本工作以利用铯原子基态相干操控实现量子比特的制备为研究目标,开展了一系列研究工作。本文围绕铯原子基态相干操控展开,主要完成了以下工作：（1） 为了完成铯原子基态的相干操控,实现量子比特的制备,我们需要制备稳定的单原子源。基于激光冷却与俘获技术,人们已经很容易在磁光阱（MOT）中俘获原子。通过优化MOT的磁场、光场以及背景真空度,可以在MOT中俘获单原子。由于MOT中俘获的原子会伴随着吸收与自发辐射的过程,这会导致原子内部自由度的破坏,而光学偶极阱（ODT）特别是远失谐光学偶极阱（FORT）中,由于光的频率与原子的共振频率远失谐,原子的散射率极低,可以被认为是一种近保守的势阱,因此原子内态的相干性可以在阱中得到较长时间的保持。我们通过降低背景真空度,偏振梯度冷却（PGC）,以及减小FORT的光强起伏等方法得到了长寿命（130秒）稳定的单原子。为了加快单原子的俘获,通过反馈控制MOT中四极磁场梯度以及利用紫光LED照射铯原子真空气室的方法提高了MOT中单个铯原子的俘获概率,同时利用FORT中蓝失谐光诱导的光助碰撞效应,获得了FORT中高概率的单原子装载。通过上述方法可以快速、高概率、长时间的俘获单个原子,这为铯原子基态的相干操控提供了稳定的单原子源。我们利用Hanbury Brown-Twiss （HBT）实验测量了单原子发出荧光光子的强度统计特性。（2）完成铯原子基态的相干操控还需要两束频差为铯原子基态钟跃迁频率（9.192631770GHz）、位相相干的两束激光,我们简称Raman激光。我们通过直接射频调制被动激光器或者位相型电光调制器（EOM）然后再光学注入锁定的方法得到了两套Raman光产生的系统。通过拍频实验验证了这两束光的位相相干性。一束光锁定到铯原子跃迁线上,另一束光围绕铯原子共振跃迁线扫描的Raman光与常温下铯泡中人型三能级原子发生共振时,通过双光子STIRAP过程,原子被制备到两个基态的相干叠加暗态上,发生相干布居俘获（CPT）现象,这可以进一步验证这两套激光系统的位相相干性。（3） 通过控温的Etalon,可以实现Raman激光的双光子共振单光子大失谐的频率锁定,可以把Raman光锁定到铯原子D2跃迁线负失谐10GHz-40GHz处,这样我们得到了驱动铯原子基态相干操控所需的大失谐Raman光。（4） 利用光抽运技术把原子制备到铯原子相应的超精细态和Zeeman态上,完成了铯原子的初态制备,结合单光子大失谐的Raman激光,我们初步实现了铯原子基态的相干操控。
付万琴[10]（2013）在《外腔反馈改善高功率半导体激光器频谱特性的研究》文中进行了进一步梳理由于高功率半导体激光器的频谱特性和光束质量非常差，限制了它在原子冷却、磁光俘获原子、拉曼光谱、泵浦固体激光器等领域中的应用。为了达到科学应用的严格要求，在过去的三十年中发展了多种改善半导体激光器光束质量的方法。外腔反馈技术能有效压缩线宽，稳定输出波长，实现波长可调谐输出。本论文的目的是通过研究外腔反馈对大功率半导体激光器频谱特性的影响，探索谱线压缩、波长可调谐的实验条件，为采用外腔反馈技术改善大功率半导体激光器输出特性奠定研究基础。首先从麦克斯韦方程组出发，推导了自由运行时半导体激光器的速率方程。并将该速率方程分别推广到种子光注入和外腔反馈情况中，通过数值求解速率方程，从理论上分析了光注入参数和外腔反馈参数对激光器动态特性的影响。然后根据国内外外腔反馈技术改善半导体激光器输出特性的研究成果，首先利用光栅全反馈、光栅反射镜双外腔反馈来改善半导体激光器的频谱特性。在光栅全反馈实验中，我们研究了注入电流、反馈率和外腔长度对宽条形半导体激光器频谱特性的影响以及波长的调谐范围。当注入电流为2A，外腔长度为34.50cm时，激光谱宽由1.3nm压缩至0.28nm，谱宽压缩了达到21.54%。波长随电流的漂移率为0.29nm/A，和自由运行时的0.59nm/A相比，光栅全反馈使波长的稳定性增加了一倍。并在该方案中实现了波长在3.07nm范围内的可调谐输出。在光栅和反射镜构成的双外腔反馈实验中，研究了两个外腔长度以及反射镜的反馈比例对半导体激光器频谱特性的影响。当两个腔长差别较大，注入电流较高时，半导体激光器的光谱中会出现双峰振荡的现象。但是当这两个腔长比较接近时，能获得很好的光谱压缩。此外，双外腔反馈中谱线压缩的效果和反射镜反馈比例成正比。虽然前两个方案都能有效地改善半导体激光器的频谱特性，但是由于光栅的零级衍射光的效率很低，使得前两个方案的输出功率始终小于20mW，不利于实际应用。因此在前两个方案的基础上提出光栅半反馈方案，并在实验中研究了反射镜的截光比例和外腔长度对半导体激光器频谱特性的影响。确定反射镜截光比例为1/2，外腔长度为34.50cm时，光栅半反馈外腔对半导体激光器频谱特性改善效果最佳。在该实验条件下，当电流在1.5至3.5A之间变化时，光栅半反馈下波长随注入电流的漂移率降低到0.20nm/A，比光栅全反馈更稳定。实验结果表明，该方案不仅能获得更好的频谱特性，还能获得非常高的输出功率。当注入电流为2A时，实现了0.28nm的窄线宽输出和波长在5.18nm范围内可调谐输出，输出功率提高至321mW；注入电流为4.5A时，谱宽为0.6nm，输出功率达到988mW。
二、用于激光冷却的半导体激光器大频差边模注入锁定的理论及实验研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、用于激光冷却的半导体激光器大频差边模注入锁定的理论及实验研究（论文提纲范文）
（1）基于光纤中SBS效应的高性能微波信号生成及滤波研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 微波光子技术的应用价值 |
| 1.1.2 微波信号生成与滤波的应用需求 |
| 1.2 微波信号生成的国内外研究现状 |
| 1.2.1 基于外差拍频方案的微波信号生成方案 |
| 1.2.2 基于光电振荡器的微波信号生成方案 |
| 1.2.3 基于受激布里渊散射效应的光电振荡器 |
| 1.2.4 双频光电振荡器的背景 |
| 1.2.4.1 双频微波信号的应用场景 |
| 1.2.4.2 双频光电振荡器的研究现状 |
| 1.3 微波光子滤波器的国内外研究现状 |
| 1.3.1 基于光滤波器的微波光子滤波器 |
| 1.3.2 基于受激布里渊散射效应的微波光子滤波器 |
| 1.4 本文的研究内容和结构安排 |
| 1.4.1 本文的主要研究内容及创新点 |
| 1.4.2 本文的结构安排 |
| 第二章 受激布里渊散射效应的基本原理 |
| 2.1 SBS的产生机理 |
| 2.2 SBS的主要特性 |
| 2.3 激光器的相位噪声对SBS的影响 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于受激布里渊散射效应的单频光电振荡器 |
| 3.1 基于外调制滤波移频方案的光电振荡器 |
| 3.1.1 布里渊光电振荡器的基本原理 |
| 3.1.2 布里渊光电振荡器的实验结构 |
| 3.1.3 频谱分析 |
| 3.1.4 相位噪声分析 |
| 3.2 基于注入锁定泵浦控制方案的光电振荡器 |
| 3.2.1 光注入锁定原理 |
| 3.2.2 高精度光电振荡器设计方案 |
| 3.2.3 高精度光电振荡器的相位噪声分析 |
| 3.2.4 高精度光电振荡器的性能分析 |
| 3.3 结合光锁相技术的光电振荡器长期稳定性提升 |
| 3.3.1 光锁相光电振荡器的基本原理 |
| 3.3.2 布里渊光电振荡器的长期稳定性提升方案 |
| 3.3.3 光锁相布里渊光电振荡器的性能分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于受激布里渊散射效应的双频光电振荡器 |
| 4.1 双频光电振荡器的基本原理 |
| 4.2 双频微波信号的噪声分析 |
| 4.3 基于双注入锁定技术的双频微波信号生成系统 |
| 4.3.1 双频OEO系统的实验结构 |
| 4.3.2 双频微波信号的性能测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于线性扫频泵浦的布里渊微波光子滤波器 |
| 5.1 基于线性扫频泵浦的布里渊滤波器生成 |
| 5.1.1 布里渊泵浦信号带宽拓展方法 |
| 5.1.2 矩形布里渊滤波器生成方案 |
| 5.1.3 矩形布里渊滤波器性能分析 |
| 5.2 布里渊滤波器对信号传输质量的影响分析 |
| 5.2.1 信号传输质量测量实验 |
| 5.2.2 信号传输质量结果分析 |
| 5.3 基于相位调制方案的滤波器抑制比提升 |
| 5.3.1 布里渊响应的检测原理 |
| 5.3.2 基于相位调制方案的布里渊滤波器结构 |
| 5.3.3 布里渊滤波器的性能分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 附录一 缩略语 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文 |
| 攻读博士学位期间授权的发明专利 |
| 攻读博士学位期间参与的科研项目 |
| 致谢 |
（2）基于腔外射频调制的频率可控光源研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 扫频光源的应用和技术现状 |
| 1.2.1 扫频光源的应用 |
| 1.2.2 扫频光源的技术现状 |
| 1.3 双频光源的应用和技术现状 |
| 1.3.1 双频光源的应用 |
| 1.3.2 双频光源的技术现状 |
| 1.4 多波长光源的应用和技术现状 |
| 1.4.1 多波长光源的应用 |
| 1.4.2 多波长光源的技术现状 |
| 1.5 本论文的主要内容和创新点 |
| 1.5.1 本论文的主要工作 |
| 1.5.2 本论文的创新点 |
| 第2章 双平行马赫曾德调制器对光载波频率控制的研究 |
| 2.1 双平行马赫曾德调制器对光载波频率控制的原理 |
| 2.1.1 双平行马赫曾德调制器的结构和产生边频的原理 |
| 2.1.2 双平行马赫曾德调制器实现单边带移频的条件 |
| 2.2 双平行马赫曾德调制器对光载波频率控制的实验研究 |
| 2.2.1 双平行马赫曾德调制器产生边频的实验研究 |
| 2.2.2 双平行马赫曾德调制器实现单边带移频的实验研究 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 基于腔外循环移频的扫频光源 |
| 3.1 基于腔外循环移频的单波长扫频光源的理论研究 |
| 3.1.1 腔外循环移频的原理 |
| 3.1.2 基于腔外循环移频的单波长扫频光源的参数分析 |
| 3.2 基于腔外循环移频的单波长扫频光源的实验及其应用研究 |
| 3.2.1 基于腔外循环移频的单波长扫频光源实验研究 |
| 3.2.2 单波长扫频光源用于FBG传感解调的实验研究 |
| 3.3 基于腔外循环移频的多波长并行扫频光源理论研究 |
| 3.4 基于腔外循环移频的多波长并行扫频光源实验及其应用研究 |
| 3.4.1 多波长并行扫频光源的实验研究 |
| 3.4.2 基于多波长并行扫频光源的干涉测量实验研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于腔外射频控制的频差可调双频光源 |
| 4.1 基于腔外射频控制的频差可调双频光源的理论研究 |
| 4.1.1 基于腔外射频控制实现双频光输出的原理 |
| 4.1.2 基于腔外射频控制的频差可调双频光源主要参数的分析 |
| 4.2 基于腔外射频控制的频差可调双频光源实验研究 |
| 4.2.1 双频光源的频差调谐范围实验研究 |
| 4.2.2 双频光源输出拍信号的稳定度 |
| 4.2.3 双频光源的输出功率 |
| 4.3 双频光源频差调谐范围内可实现的测量效果数值计算 |
| 4.3.1 双频光源应用于测距系统的测量效果数值计算 |
| 4.3.2 双频光源应用于测速系统的测量效果数值计算 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 基于腔外射频调制和级联四波混频的频率间隔可调多波长光源 |
| 5.1 间隔可调多波长光源的原理分析 |
| 5.1.1 间隔可调多波长光源的结构 |
| 5.1.2 高非线性光纤中四波混频和级联四波混频产生多波长的原理 |
| 5.1.3 间隔可调多波长光源频率间隔调谐的原理 |
| 5.2 间隔可调多波长光源的实验研究 |
| 5.2.1 射频控制实现频率间隔可调的实验研究 |
| 5.2.2 泵浦光对多波长光信号的影响 |
| 5.2.3 高非线性光纤参数对多波长光信号的影响 |
| 5.3 间隔可调多波长光源在真延时系统中的应用研究 |
| 5.3.1 间隔可调多波长光源用于真延时系统的原理 |
| 5.3.2 间隔可调多波长光源应用于真延时系统中的数值模拟 |
| 5.3.3 对多波长光源的频率间隔进行编程控制的实验研究 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况说明 |
| 致谢 |
（3）基于单边带调制器的宽可调谐频差双频光源（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景和意义 |
| 1.1.1 双频光源的背景和基本应用领域概述 |
| 1.1.2 双频光源关键性能参数概述 |
| 1.1.3 不同测量应用系统对双频光源的频率差需求概述 |
| 1.2 双频光源研究概述 |
| 1.2.1 典型的双光源锁定式双频光源 |
| 1.2.2 典型的内腔式双频光源 |
| 1.2.3 腔外调制式双频光源 |
| 1.3 本文的主要工作 |
| 第2章 基于SSB调制器的宽可调谐频差双频光源原理研究 |
| 2.1 基于SSB调制器的宽可调谐频差双频光源的原理 |
| 2.2 利用SSB调制器实现单边带移频输出 |
| 2.3 宽可调谐频差双频光源的频差以及其调谐范围 |
| 2.3.1 频差最小值 |
| 2.3.2 频差最大值 |
| 2.3.3 宽可调谐频差双频光源的频差稳定性研究 |
| 2.4 宽可调谐频差双频光源的其他光源参数研究 |
| 2.4.1 影响双频光源输出双频光功率的因素 |
| 2.4.2 宽可调谐频差双频光源的光谱边模抑制比(SMSR) |
| 2.4.3 双频光拍信号的相位噪声 |
| 2.4.4 影响双频光源频差最小值的因素 |
| 2.4.5 双频光源拍信号的SNR |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于SSB调制器的宽可调谐频差双频光源实验研究 |
| 3.1 SSB调制器调制产生多阶频率分量实验 |
| 3.1.1 SSB调制器对光载波的调制实验研究 |
| 3.1.2 射频驱动信号频率对出各阶频率分量的影响 |
| 3.1.3 射频驱动信号功率对SSB调制器输出各阶频率分量的影响 |
| 3.2 SSB调制器实现单边带移频输出的实验研究 |
| 3.3 基于SSB调制器的宽可调谐频差双频光源实验 |
| 3.3.1 基于SSB调制器的宽可调谐频差双频光源的最大频差 |
| 3.3.2 基于SSB调制器的宽可调谐双频光源的拍信号电谱输出 |
| 3.3.3 基于SSB调制器的宽可调谐频率差双频光源的最小频差输出实验 |
| 3.3.4 DFB-LD的输入光波长对频差的影响 |
| 3.3.5 双频光源频差范围内可实现的测量效果数值计算 |
| 3.4 基于SSB调制器的宽可调谐频率差双频光源的拍信号稳定度 |
| 3.5 基于SSB调制器的宽可调谐双频光源的总功率 |
| 3.5.1 射频驱动功率对双频光源的总功率的影响 |
| 3.5.2 DFB-LD输入激光功率对双频光源输出功率的影响 |
| 3.6 基于SSB调制器的宽可调谐双频光源的光谱SMSR |
| 3.6.1 DFB-LD输出功率对双频光源的光谱SMSR的影响 |
| 3.6.2 射频驱动信号功率对双频光源输出光谱SMSR的影响 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 总结与展望 |
| 4.1 总结 |
| 4.2 展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况说明 |
| 致谢 |
（4）高功率射频强度调制固体激光源的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 射频调制激光源的研究背景及意义 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 双频固体激光器的研究进展 |
| 1.2.1 双λ/4波片驻波腔双频固体激光器 |
| 1.2.2 双折射晶体频差调谐双频固体激光器 |
| 1.2.3 空间分离型双频固体激光器 |
| 1.2.4 短腔法双纵模双频激光器 |
| 1.2.5 声光移频合束法产生双频激光 |
| 1.2.6 其他各类双频固体激光器 |
| 1.3 高功率连续双频激光的研究进展 |
| 1.4 脉冲双频激光器的相关研究 |
| 1.5 高功率双频激光器在非线性光学中的应用 |
| 1.6 本文主要研究内容 |
| 第2章 连续双频激光种子源 |
| 2.1 电光晶体法 |
| 2.2 双四分之一波片法 |
| 2.2.1 耦合腔选单频 |
| 2.2.2 双四分之一波片产生双频的原理 |
| 2.3 双频激光器的优化 |
| 2.4 双频激光器的实验研究 |
| 2.4.1 双频激光种子源 |
| 2.4.2 双频激光的噪声分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 双频激光功率放大器 |
| 3.1 光纤放大器的理论模型及系统的优化 |
| 3.1.1 掺镱双包层光纤的结构及特点 |
| 3.1.2 光纤放大器的理论模型 |
| 3.2 双频激光功率放大的实验研究 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 射频强度调制脉冲激光器 |
| 4.1 注入锁定的原理 |
| 4.1.1 谐振腔的注入锁定原理 |
| 4.1.2 注入锁定的相位描述 |
| 4.1.3 脉冲激光器注入锁定理论的实际应用 |
| 4.2 脉冲激光器注入锁定的半经典理论模型 |
| 4.2.1 激光器系统的三个基本方程 |
| 4.2.2 单频激光种子注入锁定的理论模型 |
| 4.2.3 双频种子注入锁定的理论模型及数值解 |
| 4.3 双频注入锁定脉冲激光器的实验研究 |
| 4.3.1 双频注入脉冲激光器系统 |
| 4.3.2 双频注入锁定实验结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 射频强度调制532nm激光源 |
| 5.1 倍频理论 |
| 5.1.1 二阶非线性极化 |
| 5.1.2 位相匹配 |
| 5.2 射频调制532nm连续激光源 |
| 5.2.1 连续激光倍频实验及结果 |
| 5.2.2 射频调制绿光的特性研究 |
| 5.3 射频调制532nm脉冲激光源 |
| 5.3.1 脉冲双频激光倍频实验 |
| 5.3.2 射频调制绿光脉冲的特性研究 |
| 5.4 本章小结 |
| 总结 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表论文与研究成果清单 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（5）Nd:YVO4双频微片激光器的热致频差调谐及功率均衡实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题的研究背景及意义 |
| 1.1.1 毫米波概述 |
| 1.1.2 光生毫米波技术 |
| 1.2 微片激光器研究现状 |
| 1.2.1 微片激光器的国外研究现状 |
| 1.2.2 微片激光器的国内研究现状 |
| 1.3 论文研究内容概述 |
| 第2章 LD泵浦双频微片激光器 |
| 2.1 激光的基本原理 |
| 2.1.1 光的辐射与跃迁 |
| 2.1.2 激光形成的条件 |
| 2.2 激光的增益介质 |
| 2.3 双频微片激光器的构成 |
| 2.3.1 双频微片激光器的激励源 |
| 2.3.2 双频微片激光器的光学谐振腔 |
| 2.3.3 双频微片激光器的增益介质 |
| 2.4 微片激光器工作特性 |
| 2.4.1 速率方程理论 |
| 2.4.2 谱线加宽 |
| 2.4.3 模式竞争 |
| 2.5 微片激光器的输出特性 |
| 2.5.1 阈值功率 |
| 2.5.2 输出功率 |
| 2.5.3 斜效率 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 微片激光器的热致频差调谐研究 |
| 3.1 实验装置介绍 |
| 3.2微片激光器的热效应实验 |
| 3.2.1 激光的频谱特性 |
| 3.2.2 激光的波长漂移 |
| 3.2.3激光的热致频差实验 |
| 3.3 理论分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 超大频差微片激光器功率均衡实验研究 |
| 4.1 微片激光器热效应理论研究 |
| 4.1.1 热致腔长变化 |
| 4.1.2 热致折射率变化 |
| 4.2 实验研究 |
| 4.2.1 实验装置介绍 |
| 4.2.2 实验结果 |
| 4.2.3 实验分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
（6）基于微尺度光学偶极阱中单原子操控的852nm单光子源研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 中性原子的激光冷却与俘获及其应用 |
| 1.2 单光子源的研究意义及应用 |
| 1.3 本论文结构 |
| 本章参考文献 |
| 第二章 基本概念 |
| 2.1 单色激光场与二能级原子相互作用 |
| 2.2 磁光阱 |
| 2.3 光学偶极阱 |
| 2.4 碰撞阻塞效应 |
| 2.5 单光子源 |
| 2.5.1 二阶关联函数 |
| 2.5.2 基于单原子俘获与操控实现单光子源 |
| 本章参考文献 |
| 第三章 单原子磁光阱及其高概率装载 |
| 3.1 单原子磁光阱模型 |
| 3.2 单原子磁光阱实验系统 |
| 3.2.1 真空系统 |
| 3.2.2 磁场系统 |
| 3.2.3 光学系统 |
| 3.2.4 探测系统 |
| 3.2.5 时序系统 |
| 3.3 单原子磁光阱的实现及其高概率装载 |
| 3.3.1 单原子磁光阱实现 |
| 3.3.2 光致原子解吸附效应 |
| 3.3.3 磁光阱中单原子的高概率快速装载 |
| 3.4 磁光阱中少数原子辐射荧光光子统计特性研究 |
| 3.4.1 连续光激发磁光阱中俘获单原子的HBT实验 |
| 3.4.2 不同信号背景比对HBT实验结果的影响 |
| 3.5 小结 |
| 本章参考文献 |
| 第四章 光学偶极阱中单个铯原子的高概率装载 |
| 4.1 微尺度光学偶极阱俘获原子的机制 |
| 4.2 单原子光学偶极阱的建立 |
| 4.2.1 偶极阱实验装置 |
| 4.2.2 单原子在磁光阱和偶极阱之间的高概率转移 |
| 4.3 反馈控制实现单原子的高概率装载 |
| 4.3.1 光助碰撞 |
| 4.3.2 单原子的高概率装载 |
| 4.4 单原子所辐射荧光光子的反群聚效应 |
| 4.5 小结 |
| 本章参考文献 |
| 第五章 852nm触发式单光子源的实验实现 |
| 5.1 高ON/OFF比纳秒脉冲光的实现 |
| 5.1.1 波导强度型电光调制器简介 |
| 5.1.2 脉冲激光系统实验装置 |
| 5.1.3 高ON/OFF比脉冲激光及其功率稳定性分析 |
| 5.2 大失谐动态注入锁定实现被动激光频率的快速切换 |
| 5.2.1 半导体激光器注入锁定简介 |
| 5.2.2 连续激光注入锁定光放大 |
| 5.2.3 脉冲激光大失谐注入锁定及其频率快速切换 |
| 5.3 脉冲光激发原子导致的原子加热及其抑制 |
| 5.3.1 脉冲光激发导致的原子加热机制 |
| 5.3.2 原子俘获寿命的延长 |
| 5.4 852nm单光子源的实现 |
| 5.4.1 单原子基态与激发态之间的Rabi振荡 |
| 5.4.2 偶极阱中单原子辐射单光子的时间波包测量 |
| 5.4.3 HBT实验结果及分析 |
| 5.5 小结 |
| 本章参考文献 |
| 第六章 魔数波长铯原子光学偶极阱 |
| 6.1 光学偶极阱中原子光频移的测量 |
| 6.1.1 偶极阱中原子光频移计算 |
| 6.1.2 线偏振光学偶极阱中原子光频移测量 |
| 6.1.3 圆偏振光学偶极阱中原子光频移测量 |
| 6.2 魔数波长铯原子光学偶极阱计算 |
| 6.3 构建铯原子魔数波长光学偶极阱 |
| 6.3.1 实验装置 |
| 6.3.2 单原子俘获寿命测量 |
| 6.4 魔数波长光学偶极阱测量 |
| 6.4.1 实验装置及时序介绍 |
| 6.4.2 差分光频移测量 |
| 6.4.3 实验结果分析 |
| 6.5 基于铯原子魔数波长光学偶极阱的852nm单光子源 |
| 本章参考文献 |
| 第七章 双光子干涉实验 |
| 7.1 HOM双光子干涉实验简介 |
| 7.2 实验装置 |
| 7.3 实验结果 |
| 7.4 存在问题及改进方法 |
| 7.5 小结 |
| 本章参考文献 |
| 第八章 总结与展望 |
| 附录 |
| 博士研究生取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（7）用于单原子触发式单光子源的短脉冲激发光系统研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 单光子背景介绍 |
| 1.2 单光子源的要求 |
| 1.3 二能级原子与光的相互作用 |
| 1.3.1 电偶极跃迁 |
| 1.3.2 电偶极辐射 |
| 1.3.3 光子符合计数 |
| 1.4 小结 |
| 第二章 高ON/OFF比纳秒脉冲光的实现 |
| 2.1 电光强度调制器的缺陷与目前的解决方案 |
| 2.2 MZ干涉型电光调制理论分析 |
| 2.3 实验装置 |
| 2.4 实验结果与分析 |
| 2.4.1 MZ-EOIM的温度特性 |
| 2.4.2 高ON/OFF比的实现 |
| 2.4.3 功率稳定性 |
| 2.4.4 傅里叶谱展宽 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 注入锁定实现脉冲光激光放大 |
| 3.1 注入锁定方法介绍 |
| 3.2 注入锁定实现脉冲光输出 |
| 3.2.1 注入锁定之后的频率跟随 |
| 3.2.2 控温etalon的温度调谐特性 |
| 3.2.3 脉冲注入锁定 |
| 3.2.4 大频差注入锁定 |
| 3.3 注入锁定的动态分析 |
| 3.3.1 注入锁定的阈值和光学双稳现象 |
| 3.3.2 注入锁定的动力学过程 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 基于单个中性原子操控的单光子源 |
| 4.1 单原子的获得 |
| 4.2 实验时序 |
| 4.3 单光子源实验结果 |
| 4.3.1 连续光的单光子源 |
| 4.3.2 脉冲光激发单原子实现单光子源 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 附录A |
| 附录B |
| 参考文献 |
| 硕士研究生期间完成的学术论文和会议报告 |
| 致谢 |
| 个人简况 |
（8）应用于锶光钟的激光技术及光谱探测研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 高精度时间频率基准的现实意义 |
| 1.1.1 基本物理常数的测量 |
| 1.1.2 卫星导航 |
| 1.1.3 甚长基线干涉测量 |
| 1.1.4 引力波探测 |
| 1.2 光钟概述 |
| 1.2.1 光钟基本构成及其稳定度 |
| 1.2.2 系统误差及不确定度 |
| 1.2.3 光钟的发展 |
| 1.3 本文的选题意义及结构安排 |
| 2 689nm窄线宽激光 |
| 2.1 光场噪声及其表示方法 |
| 2.1.1 幅度调制与相位调制 |
| 2.1.2 光场噪声的表示方法 |
| 2.2 PDH稳频基本原理及其技术噪声 |
| 2.3 系统的构建和结果测量 |
| 2.3.1 FP腔 |
| 2.3.2 光路 |
| 2.3.3 电学系统 |
| 2.3.4 结果测量 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 锶原子天然同位素的组间跃迁频率测量 |
| 3.1 光纤飞秒光梳 |
| 3.1.1 光梳的光谱结构及光频测量原理 |
| 3.1.2 系统结构 |
| 3.1.3 飞秒光梳的相位锁定 |
| 3.2 锶原子组间跃迁的频率测量 |
| 3.2.1 实验装置 |
| 3.2.2 荧光谱 |
| 3.2.3 频率测量 |
| 3.3 系统误差及其修正 |
| 3.3.1 剩余一阶多普勒频移 |
| 3.3.2 二阶多普勒频移和反冲频移 |
| 3.3.3 其它系统误差 |
| 3.3.4 最终结果 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 光梳的模式选择与放大 |
| 4.1 实验装置 |
| 4.2 实验结果 |
| 4.2.1 光谱的演化 |
| 4.2.2 谱纯度与注入锁定范围测量 |
| 4.3 分析与结论 |
| 4.3.1 外腔半导体激光器的参数与模式的选择 |
| 4.3.2 非线性效应与边模 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 ~(88)Sr冷原子的制备与Lamb-Dicke区~1S_0-~3P_0谱线探测 |
| 5.1 锶原子的激光冷却与囚禁 |
| 5.1.1 锶原子激光冷却的理论分析 |
| 5.1.2 锶原子的磁光阱装载实验 |
| 5.2 锶冷原子的一维光晶格装载 |
| 5.2.1 Lamb-Dicke区的谱线线型 |
| 5.2.2 光晶格的装载实验 |
| 5.3 ~(88)Sr钟跃迁探测实验 |
| 5.3.1 698 nm钟激光系统及测试 |
| 5.3.2 静磁场 |
| 5.3.3 光路搭建 |
| 5.3.4 初步寻找钟跃迁信号 |
| 5.3.5 归一化边带钟跃迁谱线测量 |
| 5.4 拉比振荡测量 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果 |
（9）单原子在磁光阱和远失谐光学偶极阱中的高效制备与相干操控（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 单原子的实现及其应用 |
| 1.2 双光子共振单光子大失谐的Raman激光系统 |
| 1.3 铯原子基态的相干操控 |
| 1.4 本章小结 |
| 第二章 单原子激光冷却与俘获的原理及光学系统 |
| 2.1 原子在磁光阱中的激光冷却与俘获 |
| 2.1.1 磁光阱的构造及原理 |
| 2.1.2 影响磁光阱中单原子信号的因素 |
| 2.1.3 磁光阱中的单原子信号 |
| 2.2 单原子在远失谐偶极阱中的制备 |
| 2.2.1 远失谐偶极阱的构造及其依赖参量 |
| 2.2.2 单原子在磁光阱与偶极阱之间的转移 |
| 2.3 激光冷却与态制备所需的光学系统 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 用于铯原子基态双光子相干操控的Raman激光系统的实现及应用 |
| 3.1 频差为9.19GHz的Raman激光的实现 |
| 3.1.1 直接射频调制被动激光器产生Raman光的方案 |
| 3.1.2 通过电光调制器产生Raman光的方案 |
| 3.2 激光场的调制特性 |
| 3.3 Raman光的位相相干性的检测 |
| 3.3.1 拍频测量两束Raman激光的位相相干性 |
| 3.3.2 相干布居俘获验证Raman光的相干性 |
| 3.4 注入锁定光学系统的扩展应用 |
| 3.4.1 窄线宽相干布居俘获透射峰的获得 |
| 3.4.2 用注入锁定系统产生的大频差激光来俘获单原子 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 远失谐偶极阱中单原子的高效制备 |
| 4.1 偶极阱中原子之间的碰撞阻挡效应 |
| 4.2 利用光助碰撞效应实现单原子的高效制备 |
| 4.3 利用反馈控制系统提高单原子的制备效率 |
| 4.4 通过紫光LED导致的原子解吸附实现单原子的高效制备 |
| 4.5 原子所辐射荧光的二阶相干度测量 |
| 4.5.1 HBT实验装置 |
| 4.5.2 连续近共振光激发单原子所辐射荧光的HBT实验结果 |
| 4.5.3 基于单原子操控的触发式单光子源 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 铯原子基态的相干操控 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 Raman激光的大失谐锁定 |
| 5.3 超精细态与Zeeman态的制备与探测 |
| 5.3.1 超精细态和Zeeman态的制备 |
| 5.3.2 态选择探测 |
| 5.4 基态相干操控 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 个人简况及联系方式 |
（10）外腔反馈改善高功率半导体激光器频谱特性的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 半导体激光器发展概况 |
| 1.2 国内外改善半导体激光器光束质量方面的研究进展 |
| 1.2.1 种子光注入锁定半导体激光器的发展历程 |
| 1.2.2 外腔反馈自注入锁定半导体激光器的发展历程 |
| 1.2.3 相位共轭光反馈半导体激光器发展历程 |
| 1.3 本论文主要研究内容 |
| 第2章 独立运行时半导体激光器的速率方程 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 半导体激光器内的光场 |
| 2.3 半导体激光器介质 |
| 2.4 独立半导体激光器腔内光场的速率方程 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 种子光注入和外腔反馈的理论研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 速率方程的扩展 |
| 3.2.1 种子注入锁定半导体激光器速率方程 |
| 3.2.2 常规光反馈速率方程 |
| 3.2.3 相位共轭光反馈速率方程 |
| 3.3 种子光注入锁定半导体激光器的理论研究 |
| 3.4 常规光学反馈半导体激光器的理论研究 |
| 3.4.1 半导体激光器动力学方程稳态解 |
| 3.4.2 外腔反馈参数对单模半导体激光器输出特性的影响 |
| 3.5 相位共轭光反馈理论研究 |
| 3.5.1 相位共轭镜反射率对激光器动态特性的影响 |
| 3.5.2 外腔长度对激光器动态特性的影响 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 外腔反馈改善大功率半导体激光器输出特性的实验研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 光栅全反馈半导体激光器的频谱特性 |
| 4.2.1 实验研究方案 |
| 4.2.2 光栅全反馈下注入电流对激光器频谱特性的影响 |
| 4.2.3 外腔反馈率和外腔长度对半导体激光器频谱特性的影响 |
| 4.2.4 光栅全反馈下波长的调谐性 |
| 4.2.5 外腔长度的微小变化对半导体激光器频谱特性的影响 |
| 4.3 光栅反射镜双外腔反馈半导体激光器的频谱特性 |
| 4.3.1 实验方案 |
| 4.3.2 反射镜截取比例对半导体激光器频谱特性的影响 |
| 4.3.3 反射镜和光栅的位置变化对半导体激光器频谱特性的影响 |
| 4.4 光栅半反馈半导体激光器的频谱特性 |
| 4.4.1 实验方案 |
| 4.4.2 光栅半反馈下反射镜截取比例对半导体激光器频谱特性的影响 |
| 4.4.3 光栅半反馈下外腔长度对半导体激光器频谱特性的影响 |
| 4.4.4 光栅半反馈下半导体激光器的输出特性 |
| 4.5 外腔反馈对半导体激光器光束质量的改善作用 |
| 4.5.1 评价光束质量的几种方法 |
| 4.5.2 外腔反馈对半导体激光器光束质量的改善 |
| 4.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
四、用于激光冷却的半导体激光器大频差边模注入锁定的理论及实验研究（论文参考文献）
- [1]基于光纤中SBS效应的高性能微波信号生成及滤波研究[D]. 石梦悦. 上海交通大学, 2020(01)
- [2]基于腔外射频调制的频率可控光源研究[D]. 袁泉. 天津大学, 2019
- [3]基于单边带调制器的宽可调谐频差双频光源[D]. 蒋振坤. 天津大学, 2019(06)
- [4]高功率射频强度调制固体激光源的研究[D]. 程丽君. 北京理工大学, 2018(06)
- [5]Nd:YVO4双频微片激光器的热致频差调谐及功率均衡实验研究[D]. 戴荣. 杭州电子科技大学, 2018(01)
- [6]基于微尺度光学偶极阱中单原子操控的852nm单光子源研究[D]. 刘贝. 山西大学, 2017(02)
- [7]用于单原子触发式单光子源的短脉冲激发光系统研究[D]. 靳刚. 山西大学, 2016(06)
- [8]应用于锶光钟的激光技术及光谱探测研究[D]. 刘辉. 中国科学院研究生院(国家授时中心), 2016(08)
- [9]单原子在磁光阱和远失谐光学偶极阱中的高效制备与相干操控[D]. 刁文婷. 山西大学, 2014(01)
- [10]外腔反馈改善高功率半导体激光器频谱特性的研究[D]. 付万琴. 哈尔滨工业大学, 2013(03)