宽带高精度中红外双光梳光谱技术的研究

The project aims to develop new methods of broadband mid-infrared high-precision spectroscopy based on the mid-infrared optical frequency comb and achieve broadband spectrum with coherent detection of amplitude and phase information. The mid-infrared optical frequency comb is the necessary conditions for high-precision mid-infrared dual-comb spectroscopy. The development of time-frequency control technology combined with ultrafast pulse amplification represents an approach for the realization of mid-infrared optical frequency comb. We will explore a realization of a new measurement system to improve the accuracy and sensitivity of the infrared light field with precise control in time and frequency domains and solve the problem of spectral measurement with high accuracy and high sensitivity at the same time.

本项目旨在发展宽带中红外波段高精度光谱测量的新方法，实现中红外波段光谱振幅和相位信息的相干探测。实现中红外光谱波段的飞秒光学频率梳，是开展高精度中红外双光梳光谱测量研究的重要基础。发展中红外光场时-频域控制技术，结合超快激光放大技术，解决飞秒脉冲频率转换过程中时-频域精密操控的技术难题，实现中红外光学频率梳。探索一种实现中红外光谱测量精度和灵敏度同时提升的新机制，利用中红外光场时域-频域精密控制，实现高精度和高灵敏度光谱测量的有机结合；结合宽带中红外光梳时频精密控制的相干拍频探测，形成光梳相干频谱标识的高精度中红外光谱分析新技术。

光频梳光谱技术是表征物质成分的重要技术手段，目前仍然面临着光谱带宽不够和光场操控精度受限等技术难题，难以实现高分辨宽带中红外光谱测量。本项目旨在发展中红外光场时频控制技术，结合超快激光放大技术与非线性频率转换技术，实现高精度宽带光频梳光谱测量。首先，发展了宽带时频控制技术，自主研制了低噪声光纤光频梳；其次，利用预啁啾管理技术，精确控制脉冲放大的自相似演化过程，研制了高功率非线性光纤放大系统，实现了平均功率109W、脉冲宽度42fs的激光脉冲输出；基于高功率光频梳光源，利用非线性频率差频技术，驱动中红外非线性晶体实现了光谱覆盖3-12μm的宽带中红外光频梳系统；发展了光调制技术，以时频精密控制的光纤光频梳作为泵浦源，采用中红外非线性晶体作为光调制介质，将中红外连续激光调制成飞秒光场，实现了时频精密控制的中红外双光梳系统；发展了多外差探测技术，形成了高分辨宽带中红外光谱测量系统，光谱分辨率可达200MHz，实现了多种气体样品分子吸收光谱的并行测量，该技术已在物质表征、时间分辨光谱等研究中取得重要应用。