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双光梳光谱技术研究进展

中国激光 2018年第4期45卷 1-22页

作者：路桥时雷毛庆和中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽光子器件与材料省级实验室安徽合肥230031 中国科学技术大学安徽合肥230026

基于光学频率梳的双光梳光谱技术(DCS)集高分辨率、高灵敏度、宽光谱覆盖和快速测量等优势于一身;近年来,DCS发展迅速,新原理、新方法、新技术和新应用不断涌现,极有必要对其发展现状进行系统梳理,对其未来发展趋势进行客观述评。为了... 详细信息

基于光学频率梳的双光梳光谱技术(DCS)集高分辨率、高灵敏度、宽光谱覆盖和快速测量等优势于一身;近年来,DCS发展迅速,新原理、新方法、新技术和新应用不断涌现,极有必要对其发展现状进行系统梳理,对其未来发展趋势进行客观述评。为了给相关科技人员在把握DCS发展全貌时提供参考,从光梳出发,以异步光学取样原理与噪声特性为主线,对DCS的测量原理、实现方案、性能指标、应用技术、仪器化,以及未来可能的发展趋势进行综合述评与预测。

关键词：光谱学双光梳光谱技术光学频率梳激光光谱学超快激光技术

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基于智能算法的双光梳光谱关键技术研究

基于智能算法的双光梳光谱关键技术研究

作者：颜求泉国防科技大学

学位级别：硕士

随着人工智能时代的到来,与人工智能关联的交叉学科研究方兴未艾,人工智能技术被广泛应用于工业界和学术界。在光子学领域,人工智能深刻影响着光通信、光量子和超分辨光谱等方向的发展。光频梳作为当今精密测量的前沿技术,在光子学研究... 详细信息

随着人工智能时代的到来,与人工智能关联的交叉学科研究方兴未艾,人工智能技术被广泛应用于工业界和学术界。在光子学领域,人工智能深刻影响着光通信、光量子和超分辨光谱等方向的发展。光频梳作为当今精密测量的前沿技术,在光子学研究中备受关注。自由运转双光梳光谱技术是光频梳的一个重要研究方向,主要被用于距离精密测量和物质检测等领域,它只需单腔激光器就能够产生具有高度相干的双光梳,具备结构简单且无共模噪声等优点。但就该技术而言,环境的扰动会影响双光梳光谱的稳定性,以致探测的过程难以高效实现。人工智能算法的应用将为双光梳光谱关键技术的稳定研究提供新的思路。本文介绍了光频梳的基本理论和相关技术,总结了过去智能算法在光频梳技术中的应用,并将智能算法应用于双光梳光谱关键技术的研究。论文主要贡献是提出了一种新型的双光梳恢复算法和一种锁模激光器稳定锁模恢复算法,为双光梳光谱在高精度测量与探测研究提供了技术支撑。文章主要包含以下两个工作:1.基于机器学习的思想,设计算法实现了对双光梳光谱信号的对齐和恢复。构建自由运转单腔锁模双光梳激光器对含有CO的气室进行探测,利用设计的智能时域校正算法建立含噪信号与纯净信号之间的映射函数,实现对探测信号的降噪以恢复气体吸收光谱。将结果与HITRAN数据库中CO的吸收光谱对比,发现在1564 nm-1570 nm的气体吸收光谱在频率位置、形状和强度均得到较好的吻合,验证了智能对齐算法对吸收光谱校正恢复的能力。2.基于强化学习中的深度确定性策略梯度设计了低延迟深度强化学习算法,以实现对锁模激光器偏振态的实时控制,确保激光器保持稳定的锁模状态。将算法与锁模激光器组合后,本文对算法的有效性进行了验证。通过模拟环境震动的方式干扰激光器的偏振态使其失去锁模状态,尔后利用在实际激光器环境中训练好的算法决策模型基于激光器的状态调节偏振态,以快速恢复激光器锁模状态。通过上千次实验验证发现,激光器能够在平均1.948 s的时间内恢复稳定的锁模状态,这是过去已发表工作中最快平均恢复时间的62.8%。

关键词：双光梳光谱技术锁模激光器人工智能气体探测机器学习强化学习

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光学微腔中的耗散孤子

科学通报 2022年第33期67卷 3954-3963页

作者：杨震宁张靖清华大学自动化系北京100084 西安交通大学电子与信息学部自动化科学与工程学院西安710049 西安交通大学智能网络与网络安全教育部重点实验室西安710049

耗散孤子是一种通过耗散增益能量平衡、非线性与波传播的色散平衡形成的能量局域化结构,由于其形状、速度和强度在传播过程中表现出较强的稳定特性,常被应用于通讯、谱分析等相关应用.近年来,研究发现,光学微腔可以稳定且高效地产生耗... 详细信息

耗散孤子是一种通过耗散增益能量平衡、非线性与波传播的色散平衡形成的能量局域化结构,由于其形状、速度和强度在传播过程中表现出较强的稳定特性,常被应用于通讯、谱分析等相关应用.近年来,研究发现,光学微腔可以稳定且高效地产生耗散孤子,这种能够在片上集成装置产生的耗散孤子在通讯、双光梳光谱技术、频域校准和分析,以及远距离探测等方面都有着极大的应用优势.本综述从光学微腔中耗散孤子的耗散增益能量平衡以及非线性和波的色散平衡角度,分别对光学微腔中的耗散光孤子和光力微腔中耗散孤子的形成、发展和应用进行阐述,并对耗散孤子的进一步发展和应用进行展望.

关键词：耗散结构耗散克尔孤子光力耗散孤子双光梳光谱技术

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双光梳光谱测量技术

计测技术 2023年第3期43卷 17-28页

作者：汤璐璐顾澄琳罗大平邓泽江潘海峰李文雪华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室上海200062

双光梳光谱技术是一种先进的精密光谱测量技术,具有高分辨力、高频率精度、快速测量和宽带光谱覆盖等优点,已在光谱激光雷达、温室气体监测、燃烧诊断等测量领域中广泛应用。关于双光梳光谱的新原理、新方案和新技术不断涌现,因此有必... 详细信息

双光梳光谱技术是一种先进的精密光谱测量技术,具有高分辨力、高频率精度、快速测量和宽带光谱覆盖等优点,已在光谱激光雷达、温室气体监测、燃烧诊断等测量领域中广泛应用。关于双光梳光谱的新原理、新方案和新技术不断涌现,因此有必要对其发展现状进行梳理和总结。本文详细地阐述了双光梳光谱技术的原理和性能指标,分析对比了光频参考、电光调制、单腔双光梳和光调制四种典型双光梳光谱测量系统的实验方案和优势,同时具体分析了双光梳光谱技术在工作波段拓展方向的发展现状,最后对双光梳光谱系统的发展趋势和应用前景进行了总结和展望,为双光梳光谱技术在全波段光谱测量和多场景应用中的进一步提升提供参考。

关键词：双光梳光谱技术光学频率梳激光光谱学精密测量非线性频率准换

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自由运转双光梳产生技术研究

自由运转双光梳产生技术研究

作者：李仪茗国防科技大学

学位级别：硕士

光频梳作为当今激光与时间频率科学的前沿技术,有效链接了电磁频谱中的光学频率与微波频率,以一种简单而巧妙的方式提供了高精准频率源。随着光梳技术不断推陈出新,光梳光谱技术快速发展,其中双光梳光谱技术备受关注。它以双路光梳光源... 详细信息

光频梳作为当今激光与时间频率科学的前沿技术,有效链接了电磁频谱中的光学频率与微波频率,以一种简单而巧妙的方式提供了高精准频率源。随着光梳技术不断推陈出新,光梳光谱技术快速发展,其中双光梳光谱技术备受关注。它以双路光梳光源为核心,采取无机械扫描的并行多外差检测方式,具有高频率分辨、快速测量等技术优势,近年来在大气成分测量、痕量物质检测等领域得到了广泛应用。文章首先介绍了光频梳技术和双光梳技术的基本原理,梳理了单腔双光梳的产生方式和技术优势。其次,基于单腔双光梳技术原理,实验搭建了1.5和2μm工作波段的自由运转双向锁模光纤激光器,分别获得了输出中心波长在1569 nm和1958 nm的双向孤子锁模,重复频率为50 MHz和122 MHz,输出频差范围分别为50 Hz-110 Hz、540 Hz-2 k Hz。然后,基于1.5μm锁模激光器,搭建了双光梳气体探测实验平台,该平台能够稳定运行9小时以上。在气体谱线校准方面,提出利用人工智能算法进行脉冲对齐的信号处理方案,对携带气体吸收信息的双光梳干涉信号实现算法校准。最后,实现了对CO气体在波长范围1564-1570 nm内吸收谱的测量,将结果与HITRAN气体吸收谱线数据库对比,在频率位置、形状和强度上均吻合得较好。本文将自由运转双光梳光谱技术与基于人工智能算法的信号处理技术相结合,提出并验证了一种新型自由运转双光梳光谱仪的实现方式,为智能分析任意气体吸收谱线奠定了技术基础。

关键词：光频梳双光梳光谱技术双向锁模激光器智能对齐算法光梳气体检测

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双光梳光谱探测性能仿真分析

航天返回与遥感 2022年第3期43卷 77-87页

作者：黄荀徐彭梅张玉贵北京空间机电研究所北京100094

双光梳光谱具有高测量速度、高信噪比和能够同时测量多种气体的优点,而双光梳光谱技术的实用化需要研究降低双光梳频率变化对测量结果影响的方法。根据双光梳光谱的原理,通过Monte Carlo方法计算双光梳光谱在给定噪声大小下光梳测量结... 详细信息

双光梳光谱具有高测量速度、高信噪比和能够同时测量多种气体的优点,而双光梳光谱技术的实用化需要研究降低双光梳频率变化对测量结果影响的方法。根据双光梳光谱的原理,通过Monte Carlo方法计算双光梳光谱在给定噪声大小下光梳测量结果的信噪比、吸收峰宽度、幅值缩小率和频谱位置等参数和噪声大小之间的关系。根据计算结果,随着频率噪声的增加,测量结果的信噪比减小和吸收峰宽度增大,而频谱位置变化范围增大但是互相干双光梳测量结果的信噪比、吸收峰宽度、幅值缩小率和频谱位置等参数明显优于独立双光梳结果。共环境双光梳能够提高双光梳温度变化互相干性,因此重复频率变化具有互相干性,能够减小光梳频率变化对测量结果影响。

关键词：光学频率梳时间抖动双光梳光谱技术航天遥感

基于双波长激光器的集成化中红外双光梳系统(特邀)

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光子学报 2023年第3期52卷 110-118页

作者：杨梅闻齐刘婷婷闫明曾和平华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室上海200062 华东师范大学重庆研究院精密光学重庆市重点实验室重庆401121 济南量子技术研究院济南250101

中红外双光梳光谱检测系统因其高分辨、高灵敏、快速测量的特性为极低浓度气体的标定带来了革新技术。本文用单腔双波长激光器输出的异步双波长脉冲替代两台锁模激光器,结合非线性差频技术,发展了集成实用化的中红外双光梳系统。共腔产... 详细信息

中红外双光梳光谱检测系统因其高分辨、高灵敏、快速测量的特性为极低浓度气体的标定带来了革新技术。本文用单腔双波长激光器输出的异步双波长脉冲替代两台锁模激光器,结合非线性差频技术,发展了集成实用化的中红外双光梳系统。共腔产生的1034 nm与1039 nm双波长脉冲序列,其重复频率差约为1.18 kHz,且因共模噪声被抑制,脉冲间的相对稳定性较高。利用级联放大器将种子脉冲光功率提升至1.1 W后,与2 W的1549.315 nm的连续激光非线性差频,将激光器输出波段拓展至中红外。产生的中红外激光功率可达3.5 mW,光谱覆盖范围超过50 nm。对中红外双光梳的相干性进行测量,与1μm的底层双光梳相比,中红外双光梳拍频梳齿频率间隔、信噪比、线宽等无明显劣化,可为复杂环境下的痕量分析提供可行方案。

关键词：光纤激光器光学频率梳双光梳光谱技术中红外双波长锁模

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单腔双光梳锁模光纤激光器及其应用研究进展

中国激光 2021年第15期48卷 3-19页

作者：杨昌喜赵康俊曹博高晨心肖晓晟清华大学精密仪器系精密测试技术与仪器国家重点实验室北京100084 北京邮电大学电子工程学院信息光子学与光通信国家重点实验室北京100876

双光梳光谱技术作为一种新兴的宽带光谱测量技术,具有超高分辨率、高灵敏度和高采样率的特点,在气体吸收谱测量、温室气体排放监控、非线性光谱成像等领域具有重要应用。研究表明,仅从一台激光器中产生高相干的双光梳光源,克服了传统双... 详细信息

双光梳光谱技术作为一种新兴的宽带光谱测量技术,具有超高分辨率、高灵敏度和高采样率的特点,在气体吸收谱测量、温室气体排放监控、非线性光谱成像等领域具有重要应用。研究表明,仅从一台激光器中产生高相干的双光梳光源,克服了传统双光梳光源产生方法中存在的频率锁定系统复杂、梳齿数量较少、制作工艺困难等缺点,这种光源是理想的双光梳光源之一。结合国内外相关研究进展,综述了单腔双光梳的产生方法、单腔双光梳锁模光纤激光器中的孤子动力学研究以及单腔双光梳的应用。

关键词：激光器双光梳光谱技术单腔双光梳锁模光纤激光器