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北大教授研制掺铒光纤激光器取得重大突破

2019-04-11 04:25:06来源:励志吧0次阅读

北大教授研制掺铒光纤激光器取得重大突破

作者:未知 来源:OFweek激光

高重复频率的飞秒光纤激光器在光学技术的很多方面都有重要应用,比如:激光频率梳、高速光采样,生物成像等。而其产生的傅里叶变换极限脉冲也可以应用在多方面,例如高速率相干光通信。

对于环形腔掺铒光纤激光器来说,将腔长做短使其工作在高重复频率并不容易。首先,硅基光纤的掺杂浓度不能太高,这意味着增益光纤不能太短;即便使用掺杂的增益光纤,其色散仍是正的,而腔内较大的正色散不利于锁模的启动,并且很难获得傅里叶变换受限脉冲,必须有一段色散补偿光纤。这样就大大限制了激光器的腔长及重复频率。其次,常规的泵浦用波分复用器的长度也限制了腔长的缩短。

近日,北京大学张志刚教授所在的研究小组利用波分复用准直器(WDM-collimator)和色散补偿的方法成功实现了掺铒光纤激光器的高频非线性偏振旋转锁模激光输出。

WDM-collimator能将一系列波长不同的光信号耦合成一束,沿着单根光纤传输,然后在接收端再将合成的光信号分开。

实验中,他们将该复合器件置于掺铒光纤激光器中,这样就大大缩短了激光器腔长;同时,他们又采用色散符号相反的两种铒增益光纤,从而可以在不显著减少增益的情况下实现色散补偿。利用非线性偏振旋转锁模,实验获得了较高重复频率(325 MHz)的近似傅里叶变换受限飞秒脉冲(123 fs)。

该掺铒激光器无需腔外压缩,自启动的同时能够长时间稳定锁模铜锁价格价格
,这些对于其在实际中的应用具有重要意义。在后续工作中,该研究组已经制备出一种损耗更小的WDM-collimator,能够进一步减少腔内损耗,增加腔内脉冲能量,并有望实现掺铒光纤更高重复频率的飞秒脉冲激光。

相关背景:

张志刚教授,澳大利亚莫纳什大学博士学位,现任职于北京大学信息科学技术学院,研究领域为超快激光物理。北京大学信息科学技术学院,是北京大学的一个学院,成立于2002年9月。任院长由何新贵院士担任,院长为梅宏。

北京大学信息学科50多年的发展,见证了我国信息科学技术的创建和发展。在这里诞生了我国信息科学技术发展的多个:我国台百万次数字计算机── 150机,块大规模集成电路── 1024位MOS随机存储器荷兰网
,个并改变了印刷产业的汉字激光照排系统,个多通道操作系统,台原子钟,个大规模商用指纹识别系统,个大型软件工程环境,个波分复用光纤通信系统,个CDMA甚小口径卫星通信系统;被国际上称为吴氏理论的银氧铯阴极光电发射的物理模型,国际上个螺旋型氧化钛纳米管模型,国际上个无需掺杂的单根单壁碳纳米管等等。

信息科学技术不仅改变了我们的生活和工作方式,也对其他领域的发展产生了重大与深远的影响。为了适应高等教育和科学技术的发展,适应信息科学技术学科的发展,更加广泛而有机地实现学科交叉,满足未来社会更加信息化和智能化的需求,并加快建设世界大学的步伐,北京大学于2002年在原计算机科学技术系、电子学系、微电子所和信息科学中心的建设基础之上,正式组建成立信息科学技术学院。

其中空气悬浮风机
,信息科学技术学院比较有优势的学科为:

量子电子学研究所

北大的量子电子学研究处于地位,主要从事原子钟与量子频标、量子器件与卫星激光通信、冷原子物理、光频标与精密光谱测量、磁共振与生物电子学等研究,并拥有量子信息与测量教育部重点实验室。量子电子研究所在在涉及航天、通讯和国防关键技术的“原子钟”领域连续取得突破性进展:

研制成功我国(也是世界上)个长期连续运转的光抽运铯原子钟和铷原子钟,已被选做我国第二代卫星导航系统的核心部分;

是国内能够稳定地实现“玻色-爱因斯坦凝聚”的单位,可用于未来高精密原子 钟与量子计算机;

是国际上仅有的8个获得了脉冲原子激光的单位之一;

是国际上仅有的2个获得了连续原子激光的单位之一(另一个是德国马克斯普朗克量子光学研究所)。

这一系列进展,在航天器、远距离通信以及精确制导方面有着广阔的应用前景。

物理电子学研究所

北大的物理电子学研究达到国际先进水平。北大物理电子所在已故电子物理学家吴全德院士和长江特聘教授彭练矛博士的带领下早开展纳米电子学研究,并拥有纳米电子学教育部重点实验室。研究所的超高密度信息存储薄膜的信息写入点小于1纳米的成果被两院院士评为1997年中国十大科技进展之四,发现的0.33纳米世界上小的单壁碳纳米管的成果被评为2000年我国基础研究十大进展的项。

光子与通信技术研究所

北大的光通信研究处于国内地位。光通讯研究所依托于区域光纤通信与新型光通信系统国家重点实验室,完成了我国个全光通信实验。研究所正在开展下一代超高速宽带光通信系统与光络技术研究以及相关的光子与光电子器件研究。

部分科研成就

汉字精密激光照排系统——二十世纪我国重大工程技术成就

以北京大学王选院士的发明成果为核心研发的汉字激光照排系统,实现了我国报业出版业“告别铅与火、迎来光与电”的技术革命,并以此技术为核心,成功研制了方正中文电子出版系列产品,先后获得国家科技进步一等奖、中国十大科技成就等国内外奖励二十余项。该系统占领了90%的国内报业出版业排版系统市场,以及80%的海外华文报业市场,极大地推动了我国报业出版业的跨越式发展,创造了巨大的经济效益和社会效益。王选院士因此荣获2001年国家科学技术奖,以此技术为核心的“汉字信息处理与印刷革命”成果入选“二十世纪我国重大工程技术成就”。以激光照排技术为基础创立的北大方正集团,已经发展成为拥有6家上市公司和遍布海内外的20多家企业,是500强国有大型企业集团之一。

随着全球信息数字化、络化技术的迅速发展,充分利用在汉字信息处理、络传播方面的技术积累,结合相关技术的发展动态,开展了络传播、数字版权保护、数字信息(图形、图像、视音频等)处理、络与信息安全等领域的技术研究与开发,取得了一系列的科研成果。

卫星通信,无线通信和光纤通信——中国重要的通信研究基地

当前信息社会中重要的通信方式无疑是无线通信、光纤通信和卫星通信。卫星通信借助于地球轨道卫星的转发实现千里之外的远距离通信,覆盖面积广大;无线通信通常借助于无线电波或光波实现远距离的通信;光纤通信利用极细的石英玻璃纤维传播光信号,单根光纤已经可以支持上亿路,传输距离上万公里。以上三种通信方式的有机结合构成了完整的通信,从而可实现任何地点、任何时间、任何人之间的通信。

北京大学信息科学技术学院开展卫星通信、无线通信和光纤通信研究已有 30年历史,拥有国内的区域光纤通信与新型光通信系统国家重点实验室和卫星无线通信实验室。我院在1997年完成了个工程化波分复用光纤通信系统:广州—深圳国家光纤通信干线“4X2.5Gbit/s 154km双向无中继波分复用光纤通信系统工程”。该项成果荣获“国家科技进步三等奖”,该项技术已经成为光纤通信技术的主流技术。1998年我院又与兄弟单位一起完成了国内个全光通信试验和中国高速互联研究试验。在卫星和无线通信方面,我院成功地完成了全部用自己技术实现的完整的综合业务VSAT(小口面天线地面站)卫星通信、CDMA无线接入等国家重大项目。现正在开展超高速大容量光通信系统、光络、第四代移动通信、无线光通信、宽带卫星通信及下一代络技术的研究工作,这些技术将是下一代通信技术的基础。

原子钟研究——处于全国地位

原子钟是现精度的时间与频率标准,广泛应用于全球定位系统 (GPS)、通信、精密控制等系统中。精度的是冷铯原子钟,其精度为每3千万年差一秒,全球定位系统由24颗卫星组成,每颗卫星都携带体积较小的高精度铷原子钟,地面上的运动物体都能同时收到四颗卫星的原子钟的信号,由此可以确定该运动物体的位置与速度,精密定位。北京大学信息科学技术学院研究原子钟已有30多年的历史,其高精度小型铷原子钟已用于远望号探测船,为我国科学技术发展作出了贡献。未来精度更高的原子钟的工作物质是超冷原子,预计基于超冷原子的光钟的精度可达10万亿年差一秒,比铯原子钟的精度高10万亿倍,高精度冷原子光钟又是未来的超快振荡器,它的振荡频率达每秒100万亿次,是个人电脑速度的10万倍。北京大学信息科学技术学院已研究成功玻色—爱因斯坦凝聚,这是一种被称作“第五钟物质状态”的相干物质,温度只有50纳开尔文,可用于未来的高精密原子钟与量子计算机。

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