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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

光学频率梳(Optical Frequency Comb,OFC )，是指在频谱上由一些排列间隔均匀的频率分量所组成的光谱，简称为光梳。光梳的研究有着极其深远的意义，光学频率梳在多波长通信、波分复用等方面具有重要的应用价值，通过光学频率梳来不仅可以生成任意光学波形，还可以用来作为多波长脉冲的生成基础，在频域控制光学频率梳的某些参数，还可以控制时域波形，增强现有通信系统的通信能力。在频率测量方面光梳应用也越来越广泛，用光钟替代现有的微波原子钟，理论计算精度可达到10的负十八次方量级。利用二阶非线性谐振腔产生光梳可以实现光梳带宽的展宽，且光梳的中心频率可以方便地进行调整，利于系统的集成化，并且稳定性较高，在开发小尺寸集成光子器件中发挥重要作用;此外，通过二阶非线性相互作用可以在两个模式的光学频率梳之间产生五组份连续变量纠缠，从而为多组份纠缠态的产生提供了一种潜在的切实可行的方法。因此，本课题具有重要的研究意义。

国内外研究现状

20世纪70年代，德国科学家Hansch的团队通过超短锁模激光脉冲序列解决了如何连接微波频率标准和光学频率标准这一问题，随后他们利用锁模染料激光器产生的皮秒级脉冲激光实现了重复频率为500 GHz的光学频率梳。1999年，Diddams和同事提出了一种不同于传统的锁模激光器来获得光梳的方法，在连续泵浦OPO腔中实现基于有源相位调制的OFC发生器；之后，Ulvila等人首先报道了没有任何主动调节的泵浦χ(2)系统。他们使用了一个具有两个周期极化LiNbO3晶体，第一个晶体被设计用于当通过1064nm泵浦激光泵浦时分别在1.56μm和3.35μm的参数振荡信号和闲频; 第二晶体极化周期为谐振信号提供了相位失配的SHG，最终证明了通过泵浦激光强度调制参数增益可以进一步提高梳子的光谱质量，并且验证了赫兹水平下梳子的模式间距均匀性。2000年，伴随着光子晶体光纤的成功制备钛宝石飞秒激光器的发展，美国科学家J. Hall的团队采用了美国贝尔实验室研制出来的光子晶体光纤(PCF)，并把钛宝石飞秒激光器的输出光谱宽度扩展到一个光学倍频程，取得了里程碑式的进展。之后，J. Hall利用PCF迅速制出自溯源飞秒激光频率梳系统，德国马普量子光学研究所的Hansch研究组也制成了类似的飞秒光梳系统。2011年，T. J. Kippenberg等人同样利用硅基微环谐振器产生了超过一个光学倍频程的光学频率梳，其梳谱频率间隔达到850 GHz之宽，梳谱覆盖范围达到160 THz。由于在中红外光谱范围内许多分子拥有较强的吸收系数，频谱位于中红外波段的光学频率梳就成为一个非常有价值的工具。2013年，南京航空航天大学潘时龙教授带领自己的学生采用单个偏振调制器产生了频率间隔为10 GHz、平坦度为1.66 dB的平坦的可调谐的光学频率梳，12月，瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的研究人员Camille Brs和Luc Thvenaz通过光梳产生了接近理想的奈奎斯特脉冲，使得利用光学频率梳得到奈奎斯特脉冲这一理论的到了实现，同时也意味着将光纤传输速度进一步调高10倍。2015年，基于中红外量子级联激光器(QCL)的光学频率梳源波长范围达到9微米，且拥有较高的功率输出。目前光学频率梳的发展趋势是:其结构朝着全光纤和微谐振腔的方向发展，其频率覆盖范围朝着紫外、红外波段的方向发展。

2. 研究的基本内容

首先介绍光学频率梳的概念及应用，光学频率梳的产生方法，并重点介绍了利用光学谐振器中级联二阶非线性效应产生光学频率梳的方法及优势。另外介绍了纠缠源的产生及其在量子信息中的应用。重点讨论了利用谐振腔产生梳状的多色多组份连续变量纠缠态的方案，并提出了一种产生频率梳及其梳状连续变量纠缠态的方案。

1.了解光学频率梳的概念及应用，了解光学频率梳的产生方法

2. 重点研究利用光学谐振器中级联二阶非线性效应产生光学频率梳的方法及优势

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实施方案：设计光学超晶格结构参数，使其满足倍频及非简并参量下转换过程，利用此级联非线性过程产生光学频率梳。另外利用连续变量纠缠判据判定光学频率梳之间的纠缠特性。

进度：

2017年9月至11月

4. 参考文献

[1]刘雅俊. 基于周期性极化铌酸锂波导的光学频率梳研究[d].华中科技大学,2015.

[2]张萌. 光学频率梳的生成及应用技术研究[d].西安电子科技大学,2015.

[3]谢淑平. 光学频率梳的产生及其应用[d].南京大学,2014.