全固态飞秒光学频率梳研究进展及展望

马骏逸^1，2，韩海年^1，3*，张子越^1，4，魏志义^1，2，3*

（1. 中国科学院物理研究所 光物理重点实验室，北京 100190；2. 中国科学院大学，北京 100049；

3. 松山湖材料实验室，广东 东莞 523808；4. 中国航天科技创新研究院，北京 100176）

摘  要：自1999 年至今，光学频率梳 （Optical Frequency Comb，OFC） 经历了二十多年的快速发展。基于飞秒激光的光学频率梳在频率计量学、超快光谱学、光学频率标准、阿秒脉冲的产生、多脉冲时域合成等众多前沿研究领域中发挥了不可替代的作用。特别是继飞秒钛宝石激光频率梳、飞秒光纤激光频率梳之后，基于二极管激光直接泵浦的全固态飞秒激光频率梳由于兼具钛宝石激光噪声低、重复频率高，光纤激光结构紧凑、电光效率高的共同优势，引起了许多研究组的兴趣，并取得系列有意义的进展。本文综述了全固态光学频率梳的发展和已取得的典型应用，并结合笔者所在课题组取得的研究成果，对全固态光学频率梳未来的发展方向进行展望，为促进全固态飞秒锁模振荡器的发展提供借鉴。

关键词：光学频率梳；全固态飞秒激光；载波包络相移；频率锁定；高重复频率

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基于激光诊断的分子标记示踪测速技术研究进展

李晓峰，武腾飞*

（航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095）

摘  要：随着飞行器速度的不断提升，高超声速气流流动理论、高超声速燃烧流场分析、飞行器空气动力学特性等研究的重要性日益凸显。目前常规的速度测量方法在面对高超声速复杂流场环境时受到的限制越来越明显，需要研究新的技术以满足流场内精确速度测量需求。分子标记示踪测速技术因其非侵入、无跟随性限制等优势正在成为研究热点。本文阐述了纳秒激光分子标记示踪测速技术、飞秒激光分子标记示踪测速技术的基本原理、主要参数和工作特点，分析了这些技术在测量中所面对的挑战，并对其在科学及工程领域中的应用前景展开了讨论，为推动高超声速复杂流场环境速度测量技术发展提供借鉴。

关键词：飞秒激光；纳秒激光；分子标记示踪测速；超声速流场

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天文光梳技术现状与分析

张志刚

（北京大学 电子学院 区域光纤通信网和新型光通信系统国家重点实验室，北京 100871）

摘  要：天文光谱定标用的天文光梳是解决天体物理学中很多重大科学问题的有力工具。文章简述天文光谱仪对天文光梳的需求和产生天文光梳的几种技术的现状，并对这些技术的优势和缺点进行分析，最后对天文光梳技术进行展望。

关键词：激光频率梳；天文光谱定标；电光调制光梳；微腔光频梳

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超稳腔零膨胀温度点的精细测量方法研究综述

袁易^1，2，3，张涵^1，2，3，王德豪^1，2，3，袁金波^1，2，曹健^1，2，黄学人^1，2*

（1. 航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095；2. 中国计量大学 计量测试工程学院，浙江 杭州 310018）

摘  要：利用超低热膨胀系数的 Ultra-Low-Expansion（ULE）材料加工成超稳腔，并将其温度控制在零膨胀系数的温度点是获得低频率漂移速率的关键。超稳腔零膨胀温度点的测量在超稳激光研究领域中起到关键作用，零膨胀温度点下的低漂移速率超稳激光对能级跃迁谱线的精密测量有着重要意义。本文阐述了基于超稳腔的 Pound-Drever-Hall（PDH）激光稳频基本原理，介绍了超稳激光重要性能指标的测量方式，详细介绍了参考腔拍频法、光梳测量法、光钟测量法三种超稳腔的零膨胀温度点测量方法，具体分析了它们的使用条件和工作原理，并进行了实验验证。最后对零膨胀温度点精细测量方法的未来发展方向进行了总结与展望，为促进超稳激光技术的进一步发展提供借鉴。

关键词：原子分子物理学；超稳腔；PDH 稳频；频率漂移速率；零膨胀温度点

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超短激光脉冲腔外光谱展宽与压缩技术

程起^1，2，曹华保^1，2，林华^1，2，付玉喜^1，2*

（1. 中国科学院西安光学精密机械研究所 阿秒科学与技术研究中心瞬态光学与光子技术国家重点实验室，陕西 西安 710119； 2. 中国科学院大学，北京 100049）

摘  要：超短激光脉冲是超快光学和强场激光物理研究领域的重要驱动光源，通常可以通过脉冲后压缩方法获得。本文详细介绍了超短脉冲后压缩的发展现状、原理和相关技术，包括块状固体材料压缩、薄片组压缩、多通腔压缩、中空波导压缩以及光子晶体光纤压缩等。并通过对现有的脉冲后压缩技术进行总结，为未来的研究与发展方向提供了理论指导。

关键词：超快光学；超短激光脉冲；后压缩

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高精度光学定时探测技术及其应用研究

王童，李明哲，于子航，张祎，任群，辛明*

（天津大学 电气自动化与信息工程学院，天津 300072）

摘  要：被动固体锁模激光器的发明拉开了高精度定时探测技术高速发展的序幕，近三十年来，多种降低测量本底噪声的定时探测技术应运而生，不断逼近锁模激光器高频定时抖动测量的极限 （远小于 1fs），这些定时探测器的分辨力、鲁棒性、稳定性、功耗等多项指标也有着突破性的进步。本文介绍了目前较为主流的光学定时探测手段，包括直接检测、BOC 技术、AOM 探测、光学外差技术等，分析了各种定时探测器的优势与应用场景，阐述了高精度定时探测技术在相干脉冲合成、自由电子激光等大型科学装置中发挥的重要作用，最后对光学定时探测器的发展方向做出展望，旨在通过综述各种光学定时探测技术，为推动阿秒科学、定时同步等高精尖领域的发展提供技术参考与借鉴。

关键词：定时抖动；定时表征；锁模激光器；激光光学

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单腔双光梳激光器及其应用研究

侯皓严¹，邹晓旭¹，马小睿¹，陈嘉宁¹，闫明²，袁帅^1*

（1. 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093；2. 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）

摘  要：双光梳技术凭借其超高的频率分辨力与检测精度成为当今科研领域探索的重点。本文分别介绍了利用电光调制、微谐振腔、相位锁定两台独立的锁模激光器、单腔双光梳激光器产生双光梳的方法，重点阐述了基于单腔双波长激光器的双光梳产生方法集成度高、结构较简单、成本低的优势；之后详细介绍了目前单腔双光梳激光器中，双波长腔内运转的脉冲波形复用法、空间复用法、方向复用法、波长复用法和偏振复用法的工作原理及最前沿的研究进展；最后，具体分析了单腔双光梳在光谱学、测距、光纤传感等领域的应用情况，并展望未来单腔双光梳的研究与发展方向，为推动单腔双光梳技术性能的进一步提升和广泛应用提供借鉴。

关键词：光频梳；单腔双光梳；光纤超短脉冲激光器；双光梳光谱；锁模光纤激光器

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等离子体光栅与光丝非线性耦合诱导击穿光谱 

李雅楠¹，胡梦云^1，2，3*，许书鹏^1，2，葛锦蔓^1，4，李小军⁴，袁帅^2，3，闫明^1，2，曾和平¹

（1. 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；2. 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 401120；3. 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093；4. 中国空间技术研究院西安分院 空间微波技术国家级重点实验室，陕西 西安 710100）

摘  要：激光诱导击穿光谱技术（laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS）是一种分析样品元素信息的有效工具，具有快速、简便、实时的优点，可以对固体、液体和气体中多元素成分进行定性分析和定量检测。但传统的 LIBS 以及光丝诱导击穿光谱技术（filament-induced breakdown spectroscopy，FIBS）受限于峰值功率钳制，灵敏度难以提高，导致在实际应用中具有一定的局限性，成为 LIBS 技术发明以来一直面临的重大技术瓶颈。本文从激发源的角度出发，讨论了 LIBS 和 FIBS 出现的问题，介绍了近年来优化 LIBS 技术的研究进展，将多光束耦合形成的等离子体光栅应用于 LIBS，在保留其原有优点的基础上，有效克服了等离子体屏蔽效应、基体效应，突破了功率钳制，增强了谱线信号，提高了探测灵敏度和定量分析能力。这些研究将推进 LIBS 技术在各领域的实际应用，同时为飞秒激光等离子体与其他技术的结合提供了研究思路。

关键词：激光诱导击穿光谱技术；等离子体光栅；非线性相互作用；谱线信号；定量分析

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钙离子光频标钟跃迁绝对频率测量

黄垚¹，王玉琢²，林弋戈²，方占军²，管桦^1*，高克林^1*

（1. 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院，湖北 武汉 430071；2. 中国计量科学研究院，北京 100029）

摘  要：回顾了中国科学院精密测量科学与技术创新研究院对钙离子光频标钟跃迁绝对频率的测量工作，并对测量结果被国际计量委员会（CIPM）下属的时间频率咨询委员会（CCTF）采纳的情况进行了总结和描述。在2011～2020年间，利用实验室型光频标和可搬运光钟，采用基于飞秒光梳和卫星链路的方案溯源到国际秒定义，及基于飞秒光梳直接溯源到中国计量科学研究院铯喷泉微波钟的方案，多次测量了钙离子光频标钟跃迁绝对频率，测量不确定度从10^-15量级逐步提高到10^-16量级，共计4个测量结果被CCTF采纳。参与钙离子光频标钟跃迁频率国际推荐值的计算，分别于2012年、2015年、2017年和2021年先后四次更新了钙离子光频标钟跃迁频率推荐值。钙离子光频标钟跃迁于2021年被推荐为新增的“秒的次级表示”。

关键词：光频标；可搬运光钟；绝对频率测量；飞秒光梳；秒定义

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超短脉冲激光时域参数计量标准装置

邓玉强

（中国计量科学研究院 光学所，北京 100029）

摘  要：长期以来，由于缺乏超短脉冲激光时域参数计量标准装置，导致超短脉冲激光器和超短脉冲激光测量仪器无法溯源。针对此问题，研制了超短脉冲激光光谱相位干涉测量仪，利用小波变换技术实现了飞秒脉冲激光光谱相位的自动准确提取，精确还原了超短脉冲光谱相位，重建了脉冲时域波形，测量范围覆盖10~500 fs，测量不确定度U_rel=8%（k=2）；研制了大量程自相关测量装置，实现了10 fs~50 ps量程超短脉冲宽度的准确测量和量值溯源，解决了超短脉冲时域参数测量仪器的溯源问题，测量不确定度U_rel=10%（k=2）；建立了“超短光脉冲自相关仪校准装置”国家计量标准，测量范围覆盖10 fs~12 ps，测量不确定度U_rel=10%（k=2），为超短脉冲测量仪器提供了精确校准手段，对于保障超短脉冲时域参数测量结果精准统一具有重要意义。

关键词：超快光学计量；计量标准；相位还原；自相关法

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基于光纤延迟线的时间抖动测量系统

余泓漪，吴言，田昊晨，宋有建*，胡明列

（天津大学 精密仪器与光电子工程学院 光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072）

摘  要：对飞秒激光器时间抖动的准确测量是推动其高精度应用的重要前提。为实现时间抖动的高精度、无参考测量，设计并搭建了一套基于光纤延迟线的测量系统。基于非对称迈克尔逊干涉仪的结构，在其中一臂引入一段长光纤延迟线鉴别时间误差，提高时间抖动测量精度。测量了一台实验室自制的重复频率为82 MHz 的锁模光纤激光器的时间抖动功率谱，其在100 Hz~10 kHz的积分范围内 RMS 时间抖动为 10. 1 fs。

关键词：飞秒激光器；时间抖动；光纤延迟线

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单模太赫兹半导体激光器高精度调谐特性研究

管玟^1，2，李子平¹，马旭红^1，3，王晨捷^1，3，万文坚¹，曹俊诚^1，3，黎华^1，3*

（1. 中国科学院上海微系统与信息技术研究所，上海 200050；2. 上海科技大学，上海 201210；3. 中国科学院大学，北京 100049）

摘  要：大量物质的特征吸收谱在太赫兹范围内，因此近年来太赫兹光谱应用的发展备受关注。相比于现有的商业光谱仪，基于可调谐单模激光器的光谱测量方法具有高精度和高光谱获取速度的优势。太赫兹量子级联激光器是可调谐激光源的理想选择。在利用其实现光谱测量前，需对其调谐特性进行研究，但是现有测量方法受到精度限制。研究发现，利用太赫兹量子级联光频梳和单模激光器之间的拍频，可在微波波段得到对应的拍频信号。当调谐单模激光器时，拍频信号会发生相应的频移。因此，结合量子级联激光器的自探测，利用频谱分析仪测量拍频信号的频移情况，可以实现对单模激光器调谐的高精度测量。最终得到所测太赫兹单模激光器的调谐速率为 53 MHz/K （温度调谐） 和 2. 7 MHz/mA （电流调谐）。

关键词：太赫兹；量子级联激光器；外差探测

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基于光纤延迟线的时间抖动测量系统

车韬，杨建军，刘至立

（北京航空航天大学 电子与信息工程学院，北京 100191）

摘  要：光纤滤波器与锁模器件作为实现波长复用式单腔双光频梳光源的核心组件受到了研究者们的广泛关注。针对传统滤波器对偏振敏感、制作工艺复杂的问题，研制了一种基于微纳光纤的复合式器件，采用熔融拉锥方式进行微纳器件的制作，利用模间干涉产生滤波效应，利用热泳效应实现光沉积。将该复合器件应用于环形腔中，实现了 1532，1543，1555 nm 的多波长锁模，且在不同偏振态下，波长漂移均不高于0. 2 nm。该复合器件为实现单腔双光频梳、单腔三光频梳提供了新的解决方案，对于促进多光频梳技术在精密测量等领域的应用具有重要意义。

关键词：多光梳；复合器件；光纤激光器；锁模

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倾斜切趾光纤光栅的理论与实验研究

张鹏浩，陈爽，武洪波

（航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095）

摘  要：针对飞秒激光刻写均匀光纤布拉格光栅的反射主峰存在较高旁瓣，容易对主峰形成串扰的问题，开展基于倾斜切趾光纤光栅的理论与实验研究。根据飞秒激光诱导产生的折射率特点，修正耦合模模型中的交流耦合系数，并利用有限元仿真的形式，验证了倾斜切趾法的切趾类型为高斯型。之后对影响切趾效果的关键参数进行实验研究，结果表明：实验结果与仿真计算基本一致；初始横向位移为 5~10 μm，且不对称偏移量小于±2 μm 时，边模抑制比可提高到 15 dB。研究成果为提高光纤光栅边模抑制比提供了重要理论支撑与实践指导，对于推动光纤光栅制备工艺技术发展具有重要意义。

关键词：飞秒激光；切趾光纤光栅；边模抑制比

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