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用于量子通信的飞秒激光器的理论与实验研究 摘要 随着超快激光技术的出现和飞速发展，许多研究领域对具有极 高峰值功率，极窄脉冲宽度的飞秒光脉冲光源的需求日益增加， c r 4 + ：l a g 激光器以其独特的谱线发射范围( 1 3 1 6 u r n ) 和具备支持 飞秒量级超短脉冲的增益谱宽而倍受关注。本文对用于量子通信的飞 秒激光器进行了理论与实验分析。第一章简单介绍了超短脉冲激光器 的发展背景及在量子通信方面的应用。第二章对超短脉冲的锁模技术 进行讨论，介绍了主动锁模、被动锁模、同步泵浦锁模、碰撞锁模， 以及2 0 世纪9 0 年代出现的加成脉冲锁模或耦合腔锁模、自锁模等， 锁模技术是产生超短脉冲的关键技术。第三章论述了在c r ”：y a g 激光 器中，用熔融的石英材料制成的棱镜对作为色散补偿元件的一些理论 计算和色散分析，得出棱镜对不但可以实现二阶色散的完全补偿，同 时三阶色散也可以得到一定的补偿，从而使脉冲宽度得到进一步压 缩。第四章先分析了c r ”：y a g 晶体的光谱特性、能级结构、速率方程； 然后讨论了超短脉冲测量的方法，包括自相关测量的原理与应用及频 率分辨光学开关法等测量方法。第五章对我们实验室所采用的激光器 光路从光束匹配及激光腔的稳定性两个角度进行分析。由于c r + ：y a g 晶体的端面呈布儒斯特角切割，从而产生了像散，为了保证谐振腔内 高斯模为圆斑，我们采用像散补偿的z 型四镜折叠腔，并详细讨论了 各种参数对光路稳定性的影响。 关键词：超短脉冲，锁模，色散补偿，c r “：y a g 晶体，超短脉冲测 量，光束匹配，像散，光腔稳定性 本论文由以下项目资助 北京邮 b 人学顺= l 学位论文 国家自然科学基金：6 0 3 7 8 0 1 1 国家自然科学基金：6 0 0 7 7 0 2 6 北京市教育委员会共建项目建设计划，项目编号：x k l 0 0 1 3 0 4 3 7 ! ! 塞坠! 查竺堡：生兰些笙兰 垒! ! ! ! 兰 t h et h e o r ya n de x p e r i m e n tr e s e a r c ho f f e m t o s e c o n dp u l s el a s e ri nt h e q u a n t u mc o m m u n i c a t i o n a b s t r a c t i nt h ed i s s e r t a t i o n ，t h ec r 4 + ：y a gl a s e rw h i c hc a nb eu s e di nt h e q u a n t u mc o m m u n i c a t i o ni sr e s e a r c h e db yt h et h e o r ya n de x p e r i m e n t i n c h a p t e ro n e ，w ed i s c u s st h eb a c k g r o u n da n dd e v e l o p m e n to fu l t r a s h o r t p u l s el a s e ra n di t sa p p l i c a t i o n si nq u a n t u mc o m m u n i c a t i o n s i nc h a p t e r t w o ，t h em o d el o c k i n gt h e o r yi sd i s c u s s e d w ei n t r o d u c et h ei n i t i a t i v e l y m o d e l o c k i n g ，p a s s i v e l ym o d e l o c k i n g ，s y n c h r o n i z a t i o nm o d e l o c k i n g a n ds e l f m o d e l o c l d n g ，e t c t h em o d e l o c k i n gt e c h n o l o g yi sv e r y i m p o r t a n ti nt h ep r o d u c i n gt h eu l t r a s h o r tp u l s e i nt h ec h a p t e rt h r e e ，t h e c a u s eo fp r o d u c i n gd i s p e r s i o na n dt h e o r yo fd i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o nb y p r i s mp a i ri no u rc r 4 + ：y a gl a s e ra r es t u d i e d w ef i n dt h a tt h es e c o n d o r d e rd i s p e r s i o nc a nb ec o m p l e t e l yc o m p e n s a t e db yp r i s mp a i ra n dt h e t h i r do r d e rd i s p e r s i o nc a nb ep a r t i a l l yc o m p e n s a t e d s ot h ew i d t ho f p u l s e c a nb em o r ec o m p r e s s e d i nt h ec h a p t e rf o u r ，w es t u d yt h ec r 4 + ：y a g c r y s t a la n dt h em e a s u r eo fu l t r a s h o r tp u l s e f i r s t l y ，w et a l ka b o u tt h e c h a r a c t e r i s t i co fc r 4 + ：y a gc r y s t a l ，r a t ee q u a t i o na n ds t r u c t u r eo f e n e r g y b a n d s t h e nw ed i s c u s st h ed e v e l o p m e n to fm e a s u r et e c h n o l o g y i nt h e 3 北京f | | l j i u 人学坝i 学位论文 c h a p t e rf i v e ，f i r s t l y ，w es t u d yt h em a t c ho fg a u s sb e a m ，t h ec a u s eo f i m a g ed i s p e r s i o na n da b c dl a w s t h e nw ed i s c u s st h es t a b i l i t yo fc a v i t y i no u rc r 4 + ：y a gl a s e r k e yw o r d s ：u l t r a s h o r t p u l s e ，m o d e l o c k i n g ，d i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o n ， c r 4 + ：y a g ，m a t c h o f g a u s sb e a m ，a b c dl a w s ， s t a b i l i t yo fc a v i t y 4 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：盈弛 日期： 型! ! ：三：墨 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅：学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：丝逸 导师签名： 0 商一 日期：圣竺：兰主z 曰期： 三抛：；，墨i 北京邮电大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 超短脉冲的发展 第一章绪论 自从脉冲激光器问世以来，激光脉冲的宽度变得越来越窄，由6 0 年代中期的几 个纳秒逐步过渡到几个飞秒，如此短的脉冲宽度在超快物理与化学过程的研究、量 子通信方面的应用等领域正发生着不可替代的作用。与此相应的是，激光脉冲的峰值 功率也变得越来越高，如果把放大后的激光束再聚焦的话，其峰值功率还能提高几个 数量级，功率密度可达1 0 1 9 矿c m 2 ，如此高的峰值功率将使其在激光与物质相互作 用、受控核聚变、相对论等离子体物理、激光加工以及通信领域由可以开辟更多的 应用。 1 i 1 超短脉冲发展所经历的阶段 白本世纪6 0 年代诞生第一台激光器以来，由于激光作为一种新型的光源具有以 前光源所不具有的一系列优点，如单色性好，相干性好，高亮度等。从而使激光技术得 到飞速发展，其中发展的一个重要方向是向着输出脉冲宽度越来越窄的方向发展，这 一领域大致可以分为四个发展阶段uj 。 6 0 年代中期1 0 1 0 。os 为第一阶段，其特征是各种锁模理论的建立和各种锁 模方法的试验探索。这属于超短激光脉冲的初始阶段。 7 0 年代中后期1 l 1 0 “2s 为第二阶段，其特征是各种锁模方式利删论( 如丰动 锁模、被动锁模、同步泵浦锁模等) 逐步成熟，并在物理和化学领域展开了皮秒( 1 0 。1 2s ) 级的初步应用。 8 0 年代为第二阶段，其主要特征是脉冲宽度已进入飞秒( 1 0 。5s ) 阶段。它是以所 谓碰撞锁模染料激光器为主要代表，该激光器就其基本的锁模原理来说依然为被动 锁模，在锁模机理和方法上并没有根本突破，但是由于脉冲的碰撞效应，使该激光器不 仅能够产牛，而且能够稳定地运转在飞秒量级。这展开了超快激光极其重要和十分活 跃的新研究领域一飞秒激光技术与科学。 9 0 年代初开始了超短激光脉冲的第四阶段。这一阶段的主要特征并不表现脉冲 北京_ f | 】 电人。t 硕十学位论文 第一章绪论 宽度的进一步压缩，而是在产生飞秒激光的介质方面有新突破。自7 0 年代初开始， 领导超短脉冲产生一直是以有机染料为介质的激光器然而在“1 9 9 1 ”年英国圣安德 鲁大学的s p e n c e 等人 2 】首次向人们介绍了由自锁模钛宝石激光器产生6 0 f s 脉冲的 进展，使固体激光器突然闯入这一领域，由于这种激光器具有很高的增益带宽，容易获 得很短的飞秒脉冲，可调谐范围宽、输出功率高、结构简单f 与普通激光器几乎没有 区别) 、性能稳定、寿命长、无污染( 染料激光器中的染料需要喷成薄膜状，有毒性) ， 克服了染料激光器的缺点，大有一举取代飞秒染料激光器的势头( 这在红外波段已成 为定势，在可见光和紫外还需要时间) 。 现在己步入二十一世纪，在产生和操纵超短激光脉冲方面取得了巨大的进步，这 也为向更短数量级阿秒激光脉冲科学的发展铺平了道路口 。对可见光利近红外电磁 波光学脉冲的周期正处于高源效应阶段2 个光学周期，约为5 f s ，因而要获得更短 的脉冲需要更短的波长，幸运的是将高密度的超短激光脉冲聚焦于一个合适的目标 来获得类激光束的x 射线已是可能的了。如d r e s h e r 等人用氖管，证实了大约2 5 f s 的脉冲周期是有记载的最快脉冲。 1 2 飞秒脉冲技术 在超短激光技术中最具有代表性的应数飞秒激光技术了。下面仅就飞秒激光技 术领域的一些相关知识做一下简单介绍。 1 2 1 飞秒脉冲的产生 最早的飞秒脉冲激光器是用碰撞锁模方法在染料激光器中产生的。这种激光器 利用有机染料的快速吸收和增益饱和来产生数十飞秒的激光脉冲。但是这种染料激 光器中，染料需要喷射成薄膜状，需要循环，还有毒性，很难普及。 人们发现，近年来出现的过渡元素掺杂的激光晶体具有非常宽的荧光光谱，能够 支持飞秒脉冲的产生，为了充分利用这个带宽来产生飞秒脉冲，必须开发新的锁模技 术，传统锁模方法例如有机染料慢饱和吸收器要求谐振腔的往复时间与上能级的寿 命相比拟”。然而，固体材料的数微秒长的上能级的寿命不能满足这个条件，因此不能 在固体激光器产生1 0 0f s 以下的脉冲。 一个显著的进展是在腔外增加一个人为的非线性反馈，把一个相干的弱脉冲返 l - q n 丰腔，以此产生亚皮秒脉冲，这种锁模方法称为附加脉冲锁模( a d d i t i v ep u l s em o d e 北京邮电火一学砸十学位论文第一章绪论 l o c k i n g ，简称a p m ) 【5 j ，然而，真正的突破还是斯潘塞( s p e n c e ) 等人的掺钛蓝宝石 ( t i ：s a p p h i r e ) 锁模激光器的发明【6j 。人们发现，轻微的振动就可以使这种激光器从连 续振荡模式过渡到锁模模式，并不需要饱和吸收器或附加脉冲锁模。称这种锁模方式 为自锁模( s e l f - m o d el o c k i n g ) 。 进步的研究发现，自锁模是一种与光强有关的脉冲选择机制。这种机制可能与 增益介质的高次非线性效应，即克尔( k e r r ) 效应有关。于是，自锁模便被称为克尔透 镜锁模f k e r i l e n s m o d e l o c k i n g ，简称k l m ) 。除了脉冲选择机制，克尔非线性还给予 脉冲很强的自相位调制。这种调制来自于强度相关的增益介质的非线性折射率的变 化，自相位调制与腔内负群延色散结合在一起，形成很强的脉冲窄化作用，即孤予脉冲 的形成，然而，分立的自相位调制与腔内负群延色散会使脉冲难以稳定，于是克尔透镜 锁模提供的自振幅调制起到稳定脉冲的作用。 1 9 9 1 年英国圣安德鲁( s ta n d r e w s ) 大学的斯潘塞( de s p e n c e ) 等人把棱镜 对儿插入钛宝石激光器的谐振腔，来补偿色散，因而获得了6 0 2 f s 的脉冲1 7j 这件事，引 发了一场飞秒脉冲的国际竞赛，看谁能把脉冲做得最短，这场竞赛的主要参加者除了 圣安德鲁大学，还有华盛顿州立( w a s h i n g t o ns t a t e ) 大学莫内恩( m m u r n a n e ) 小组，康 乃尔( c o r n e l l ) 大学的外斯( f w i s e ) 小组，维也纳工业( w e i nt e c h n i c a l ) 大学的克劳 斯( f k r a u s z ) d 、组，伦敦大学帝国学院( i m p e r i a lc o l l e g e ) 的秦勒( j t a y l o r ) 小组，先 是华盛顿州立大学作出3 2 f s ( 1 9 9 2 ) ，1 7 2 f s ( 1 9 9 3 ) ，随后康乃尔大学的1 3 2 f s ( 1 9 9 3 ) ，接 着又是华盛顿州立大学的1 1 2 f s ( 1 9 9 4 ) j 。 随着色散补偿技术的发展，人们对如何获得极限超短脉冲有了越来越清楚的了 解，意识到用棱镜对儿补偿腔内色散已到极限，目h 棱镜对儿不可能完全补偿三阶色散。 维也纳工业大学的克劳斯研究小组开始考虑用棱镜以外的色散元件来补偿高阶 包散，匈牙利固体物理研究所的采波奇( r s z i p o c s ) 此时提出了以色散反射镜补偿色 散的建议，因为色散反射镜的色散是可以根据腔内色散设计的，双方于1 9 9 5 年直接 在钛宝石激光器中作出了8 2 f s 脉冲 8 】，1 9 9 7 年，后来居上的瑞士联邦工业大学凯勒 f u k e l l e r l 等采用色散镜与棱镜对儿相结合的方法得到6 1 5 2 f s 脉冲j 。 现在制造一个几十飞秒脉宽的固体激光器已经不是件难事。利用克尔透镜锁模的 超短脉冲固体激光器虽然日趋成熟，但是其弱点是锁模的发生需要苛刻的谐振腔准 直调整，而且不能自己启动，需要用机械或声光，电光等方法启动半导体可饱和吸收器 反射镜是利用半导体材料的带间吸收的高速时间特性来启动锁模。因为它可以直接 生长在某些半导体材料做成的反射镜上，所以可使器件与反射镜成为一体它原来应 用于：卜导体锁模激光器，1 9 9 2j ；下以后被应用于固体锁模激光器i 9 1 j ，这种器件的使用 北京邮电火学硕士学位论文第一章绪论 使谐振腔的准直调整变得简单易行，锁模自动启动，稳定异常，这种器件的发明人和权 威通常被认为是贝尔实验室的诺克斯( w h k n o x ) 和瑞士联邦工业大学的凯勒教授 f uk e l l e r ) 等人。 现在，这种器件已经几乎可以用来肩动所有固体短脉冲激光器，无论是皮秒还是飞 秒。除了钛宝石锁模脉冲激光器，人们还开发了许多新的固体激光材料，如c r ： l i s a f c r ：l i s g a f ，c r ：f o r s t e r i t e ，c r ：y a g 等，波长从8 5 0 到j5 7 0 n m 。这些材料都 有很宽的发射光谱，因此都有潜力做成飞秒脉冲激光器i 】h3 。2 0 0 4 年，c g l e b u r n ， a a l a g a t s k y 等人采用低吸收系数的c r 4 + ：y a g 晶体产生了8 1 f s ，平均功率8 5 r o w ， 重复频率高达4 0 2 g h z 的激光脉冲，这是目前从c r “：y a g 锁模激光器中得到的 重复频率最高的飞秒脉冲输出。此外，掺铒( e r b i u m ) 和镱( y t t e r b i u m ) 光纤激光器4 】 以及半导体激光器也加入到飞秒脉冲家族中，各种商品化超短脉冲激光器也令人目 不暇接。 i 2 2 飞秒脉冲的放大 与超短脉冲激光器平行发展的是超短脉冲放大器，与纳秒和皮秒脉冲的放大不 同，为了防止损坏放大器以及防止非线性效应，飞秒脉冲的放大要采用所谓掣波x 脉 冲放大技术( c h i r p e dp u l s ea m p l i f i c a t i o n ，缩写为c p a ) ，这种技术首先把脉冲展宽至几 百皮秒，再放大，最后压缩到原来的脉宽，展宽和压缩是让脉冲通过个波长相关的 色散延迟线实现的，而压缩则是用相反的色散延迟线，这两个色散延迟线通常是由光 栅对和光栅望远镜系统组成。 放大器常用的是再生放大器( r e g e n e r a t i v ea m p l i f i e r ，简称r e g e n ) ，或多次往复式 放大器( m u l t i p l ep a s sa m p l i f i e r ) 。在再牛放大器中，腔内的普克尔龠开关把展宽的种 了脉冲注入腔内；当这个脉冲在腔内经过多次往复放大而吸收了增益介质内储存的 绝大部分能量，使自己的能量达到最大值后，被普克尔盒开关逐出腔外，这种放大器的 能量放大倍数可达6 个数量级。 掣波脉冲放大技术最早被用于雷达，后被用到染料锁模激光器的放大，只是在光 学脉冲展宽器( s t r e t 乩e r ) 出现以后，飞秒脉冲掣波放大技术才得到充分的发展；国际 上公认的飞秒脉冲掣波放大技术权威是密西根大学的牟洛教授( g m o u r o u ) ，早在 19 8 5 年他就与斯锥克兰( d s t r i c k l a n d ) ，比索( m p e s s 0 0 和巴窦( p b a d o ) 等人开发 出运用光纤展宽器的再生放大器 1 5 ，阿根廷人马丁内兹( o e m a l t i n e z ) 提出了光栅 对望远镜红外压缩器的原理【16 之后，当时在罗彻斯特大学的牟洛等人马上意识到这 北京l | i | i 电大学硕士学位论文 第一章绪论 种压缩器可作为短波长域的展宽器，以此奠定了掣波脉冲放大技术的基础。 随后的几年恰逢固体飞秒脉冲振荡器发展的高峰，掣波脉冲放大技术也因此得 到了飞速发展。实际上，放大后脉冲的再压缩并不是一个件容易的事，而关键技术是展 宽器中望远镜象；差( a b e r r a t i o n ) 造成的色散的补偿，所以以后的掣波脉冲放大技术的发 展都集中在如何设计展宽器上，代表性的有当时在斯坦福大学( s t a n f o r d ) 巴蒂( c j b a r t y ) 的增强象差展宽器( q u i n t i cp h a s el i m i t e d ，号称可补偿到4 阶色散) m ，和法国 国家光学理论与应用实验室的萨兰( fs a l i n ) 的无象差( a b e r r a t i o n 2 f i e e ) 展宽器l | 。 巴蒂等人用增强象差展宽器加上他们对再牛放大器的改善，获得了18 2 f s 的放大脉 冲。 鉴于放大器极限带宽的限制，不可能得到更短的脉冲，最近人们把目光转回到腔 外压缩。1 9 9 7 年荷兰格罗宁根( g r o n i n g e n ) 大学的魏斯玛( w e i r s m a ) 的小组把腔倒 空的飞秒脉冲射入光纤，获得了超宽带光谱，然后压缩成5 2 f s 的脉冲。同年，意大利 米兰工业大学( p o l y t e c h n i cm i l a n o ) 的西维特矛l j ( d es i l v e t r i ) 等人展宽光谱的方法是 空心光波导，里面充入惰性气体( a r 或k r ) ，再用棱镜对儿和色散镜压缩，最后得到的 脉冲是4 1 f s 【2 0 】，这两项成果打破了保持了1 0 年之久腔外压缩6 2 f s 的记录【2 “。 1 2 3飞秒脉冲的波长变换 飞秒脉冲本身含有很宽的光谱，如果所需的脉宽不太窄，脉冲的中心波长可以在 定范围内调节，比如钛宝石的波长可在7 0 0 9 0 0 n m 范围内调节。其他固体材料如 c r ：l i s a f c r ：f o r s t e r i t e c r ：y a g 则覆盖了8 5 0 1 5 7 0 r i m 的范围。 在此范围之外波长的飞秒脉冲目前仍需用波长转换的方法获得，比如倍频，差频， 和频，参量放大等。 与一般短脉冲波长变换技术不同之处在于，飞秒脉冲对非线性晶 体的色散比较敏感，色散对波长变换的作用一是展宽脉冲，二是降低效率。因此在这些 非线性过程中特别要考虑色散的补偿。另一个简单的波长变换方法是白光( w h i t e u g l l t ) 产生，又称超连续波( s u p e r c o n t i n u u m ) 发生【2 ”，只需将光束聚焦到某些介质中， 如水，玻璃，石英，蓝宝石等，由于自相位调制( s e l f p h a s em o d u l a t i o n ) 的作用，出射光则近 似为白光含有很宽的谱线，把需要的波长过滤出来即可得到该波长的飞秒脉冲，把白 光作为种予脉冲送入参量放大器，即o p a ，可获得频率可调谐的较高能量的飞秒脉 冲。 极短波长的飞秒脉冲发生也是令人感兴趣的课题，如高次谐波的发牛和x 射线 发生 2 3 1 ，x 射线发生的原理除了高度电离之外还可以是康普顿散射( c o m p t o n 北京邮电人学硕十学位论文 第一章绪论 s c a t t e r i n g ) ，即光予与电子束的相互作用，与极短波长相反，利用光学整流等方法滤 掉光学频率，b 秒脉冲还可以产生波长在几十微米范围的远红外辐射，或称太赫兹辐 射( t e r ah e r t zr a d i a t i o n ) 2 5 】。 1 2 4 飞秒脉冲的测量 飞秒脉冲一般是用自相关法特别是条纹分辨自相关法来测量的，这种方法甚至 可以测到1 0 2 f s 以下的脉冲。但是这种方法不能测量脉冲电场的位相，新近发展起来 的专用于飞秒测量的技术是凯恩( s k a n e ) 和椎必诺( r t r e b i n o ) 提出的所谓频率 分辨光开关( f r e q u e n c yr e s o l v e do p t i c a lg a t i n g ，缩写为f r o g ) 法 2 6 】，用其测量脉冲位 相，其实质是将单脉冲( s i n g l es h o t ) 三阶白相关图形经过光谱仪分光后，得到一个时 间延迟光谱两维图形。再运用复杂的算法算出含有位相因子的脉冲的相关图形来拟 合与再现测得的脉冲相关两维图形，这样可以得出脉冲的位相对于时间延迟以及位 相对于光谱两种曲线，对于分析脉冲的掣波很有帮助。 1 2 5 飞秒脉冲的应用 飞秒脉冲的直接用途就是时间分辨光谱学。用飞秒脉冲来观测物理，化学和生物 等超快过程，飞秒脉冲可作共焦显微镜的光源，来作生物样品的三维图象口”。用飞秒 脉冲作光源的光学相干断层扫描( o p t i c a lc o h e r e n c et o m o g r a p h y ，简称o c t ) 可观祭活 体细胞的三维图象 28 1 ，此时并不是利用飞秒脉冲的时间特性，而是利用飞秒光源的宽 谱线，来产生类似白光的干涉，利用飞秒脉冲在半导体中激发的声予的反射可用来实 时测量半导体薄膜的厚度【2 9 ，以监测半导体薄膜的生长用飞秒脉冲来作微型加工，打 出的孔光渭r 而没有毛刺3 0 , 3 1 ，因为飞秒脉冲不是靠热效应先熔化再蒸发，而是靠强场 直接蒸发材料，飞秒脉冲用作光通信的光源，可把现有的通信速度提高几百倍，高能量 的飞秒脉冲激光与等离子体相互作用可产生高次谐波及x 射线，并有可能用于受 控核聚变。 利用飞秒脉冲产生孤予压缩态可以直接进行量子密码术的研究，亦可以将其在 分束器干涉后产生连续变量的纠缠，然后进行量子通信的研究。量子通信是经典光 通信和量子力学相结合的一门新的交叉学科，具有通信容量大、速度快和通信保密 性强等特点【3 2 - 3 6 。 北京邮电火学硕十学位论文 第章绪论 参考文献： 1 王清月飞秒激光技术及其新兴相关学科量子电子学，1 9 9 4 ，】1 ( 4 ) ：2 i1 2 d e s p e n c e ，p nk e a na n dw s i b b e t t 6 0 一f s e c p u l s eg e n e r a t i o n f r o mas e l f m o d e l o c k e dt i ：s a p p h i r el a s e r ，o p t 1 e t t ，1 9 9 1 ，1 6 ( 1 ) ：4 2 f 3 m h e n t s c h e l ，rk i e n b e r g e r , c h s p i e l m a n n ，e t a l ，a t t o s e c o n d m e t r o l o g y ，n a t u r e ，2 0 01 ，4 1 4 ：5 0 9 4 h a h a u s p a r a m e t e rr a n g e sf o rcwp a s s i v em o d e l o c k i n g i e e ej q u a n t u m e l e c t r o n ，1 9 7 6 ，q e 2 1 2 ：1 6 9 1 7 6 5 epl p p e n ，卜la h a u s ，a n dl y l i u a d d i t i v ep u l s em o d e l o c k i n g jo p ts o c ，a mb 1 9 8 9 ，6 ：17 3 6 2 】7 4 5 6 d es p e n c e ，pn k e a na n dw s i b b e t t 6 0f s e cp u l s eg e ne r a t i o nf r o mas e l fm o d e l o c k e dt i ：s a p p h i r el a s e r o p t l e t t ，】9 9 1 ，1 6 ：4 2 - 4 4 7 m ta s a k i ，cph u a n g ，d g a r v e y ，j z h o u ，e t a l g e n e r a t i o no f11 2 f si ：u l s e sf r o m as e l f - m o d e l o c k e dt i ：s a p p h i r el a s e r o p t l e t t ， 1 9 9 3 ，18 ：9 7 7 9 7 9 8 as t i n g l ，m l e n z n e r ，c h s p i e l m a n n ，f k r a u s z ，a n da js c h m i d t s u b1 0 2 f s m i r r o rd i s p e r s i o nc o n t r o l l e d1i ：s a p p h ! r e l a s e r o p t l e t t ，19 9 5 ，2 0 ：6 0 2 6 0 4 【9 1 u k e l l e r ，da b m i l l e r ，g db 0 2 , ，d ，th c h i t ! ，e ta l s o l i ds t a t el o wl o s s i n t r a c a v i t ys a t u r a b l ea b s o r b e rf o rn d ：y lfl a s e r s ：a na n t i r e s o n a n ts e m i c o n d u c t o l f a b r yp e r o ts a t u r a b l ea b s o r b e r o p tl e t t ，19 9 2 ，17 ：5 0 5 - 5 0 7 i o u k e l l e r ，t h c h i u ，a n dj f f e r g u s o n s e l f s t a r t i n g f e m t o s e c o n dm o d e l o c k e d n d ：g l a s sl a s e ru s i n gi n t r a c a v i t y s a t u r a b l ea b s o r b e r s o p t l e t t ，1 9 9 3 ，1 7 ：1 0 7 7 2 1 0 7 9 1 1 it ：s o r o k i n a ，e s o r o k i n ，e ，w i n t n e r ，a c a s s a n h o ，e ta 1 1 4 2 f sg e n e r a t i o ni nk e r r l e n sm o d el o c k e dp r i s m l e s sc r ：l i s g a fa n dc r ：l i s a fl a s e r s ：o b s e r v a t i o no fp u l s e s e l f f r e q u e n c ys h i f t o p t l e t t ，1 9 9 7 ，2 2 ：1 7 1 6 12 3 z z h a n g ，k t o r i z u k a ，t ，l t a t a n i ，kk o b a y a s h i ，e ta 1 f e m t o s e c o n dc r ：f o r s t e j ir e l a s e rw i t hm o d el o c k i n gi n i t i a t e db yaq u a n t u mw e l ls a t u r a b l ea b s o r b e r1 e e ej q u a n t u me l e c t r o n1 9 9 7 ，q e 2 3 3 ：1 8 5 1 2 ，1 8 6 1 13 y 1 s h i t aa n dk n a g a n u m ac h a r a c t e r i s t i c so f f e m t o s e c o n dp u l s e dn e a r1 5umi na s e l f m o d e l o c k e dc r 4 + ：y a gl a s e ro p t l e t t ，1 9 9 4 ，1 9 ：2 0 0 3 - 2 0 0 5 1 4 c g l e b u r n ，aa l a g a t s k y ，c t ab r o w na n dws i b b e r t t 。f e m t o s e c o n dc r “：y a g l a s e rw i t h4 g h zp u l s er e p e t i t i o nr a t e ，e l e c t r o nl e t t ，2 0 0 4 ，v 0 1 4 0 ， 北京邮电大学硕士学位论文 第一章绪论 n o1 3 15 d s t r i c k l a n da n dg m o u r o u c o m p r e s s i o no fa m p l i f i e dc h i r p e do p t i c a lp u l s e so p t c o m m u n ，1 9 8 5 ，5 6 ：2 1 9 - 2 2 1 16 o e m a r t i n e z 3 0 0 0t i m e sg r a t i n gc o m p r e s s o rw i t h p o s i t i v eg r o u pv e l o c i t y d i s p e r s i o n ：a p p l i c a t i o nt o f i b e rc o m p e n s a t i o ni nt h e13 2 1 6umr e g i o n i e e ej q u a n t u me l e c t r o n ，19 8 7 ，q e 2 2 3 ：5 9 6 4 1 7 b e l e m o f fa n dc p j b a r r y q u i n t i cp h a s el i m i t e d ，s p a t i a l l yu n i f o r me x p a n s i o n a n dr e c o m p r e s s i o no f u l t r a s h o r to p t i c a lp u l s e s o p t l e t t ，1 9 9 3 ，1 9 ：1 6 5 1 - 1 6 5 3 【18 g c h e r i a u x ，p r o u s s e a u ，f s a l i n ，a n dj p c h a m b a r e t a b e r r a t i o nf r e es t r e t c h e r f o ru l t r h a s o r tp u l s ea m p l i f i c a t i o no p t l e t t ，1 9 9 6 ，2 1 ：4 1 4 4 1 6 1 9 a b a l t u s k a ，z w e i ，m s p s c h e n i c h n i k o v ，a n ddaw i e r s m a o p t i c a lp u l s e c o m p r e s s i o n t o5f sa t1 m h zr e p e t i t i o nr a t e o p t l e t t ，1 9 9 7 ，2 2 ：1 0 2 1 0 4 2 0 m n i s o l i ，s d es i l v e s t r i ，o s v e l t o ，r s z i p o c s ，e ta 1 c o m p r e s s i o no f h i g he n e r g y l a s e r p u l s e sb e l o w5f s o p t l e t t ，1 9 9 7 ，2 2 ：5 2 2 - 5 2 4 【2 1 】rlf o r k ，c h b r i t o c r u z ，p c b e c k e r ，a n d c v s h a n k c o m p r e s s i o no f o p t i c a l p u l s e s t os i xf e m t o s e c o n d s b yu s i n g c u b i c p h a s ec o m p e n s a t i o n o p t l e t t ，1 9 8 7 ，】2 ：4 8 3 4 8 5 2 2 rra l f a n o ；t h es u p e r c o n t i n u u ml a s e rs o u r c e ，s p r i n g e rv e r l a g n e wy o r k ，19 8 9 【2 3 pc o r k u m p l a s m a p e r s p e c t i v e o n s t r o n g f i e l d m u l t i p h o t o n i o n i z a t i o n p h y s ，r e v ，l e t t ，1 9 9 3 ，7 1 ：1 9 9 4 【2 4 w p l e e m a n s ，r ws c h e o n l e i n ，p v o l f b e y n ，e t a 1 i n t e r a c t i o no f r e l a t i v i s t i c e l e c t r o n sw i t hu l t r a s h o r tl a s e rp u l s e s ：g e n e r a t i o no ff e mt o s e c o n dxr a y s a n d m i c r o p r o b i n g o fe l e c t r o nb e a m s i e e ej q u a n t u me l e c t r o n ，19 9 7 ，q e 3 3 ：1 9 2 5 一1 9 3 4 2 5 bb h u ，xc z h a n g ，d ，h a u s t o n ，a n dp r s m i t hf r e es p a c er a d i a t i o nf r o m e l e c t r oo p t i cc r y s t a l a p p l p h y s l e t t ，1 9 9 0 ，5 6 ：5 0 6 _ 5 0 8 2 6 1 d j k a n ea n dr t r e b i n o s i n g l es h o tm e a s u r e m e n to f t h e i n t e n s i t ya n dp h a s eo fa n a r b i t r a r yu l t r a s h o r tp u l s eb yu s i n gf r e q u e n c yr e s o l v e do p t i c a lg a t i n g o p t l e t t ，19 9 3 ， 1 8 ：8 2 3 - 8 2 5 2 7 w d e n k ，j m s t r i c k l e ra n dw ww e b b t w op h t o nl a s e rs c a n n i n gf l u o r e s c e n c e m i c r o s c o p y s c i e n c e ，19 9 0 ，2 4 8 ：7 3 7 6 2 8 1 d h u a n g ，e a s w a n s o n ，c p l i n ，j s s c h u m a n ，w g s t i n s o n ，w c h a n g ，m r 8 ! ! 皇! ! ! ! ! 些查= | 兰堡主竺些堡兰 蔓二至兰! ! ：一 h e e ，t f i o t t e ，k g r e g o r y ，cap u l i a f i t o ，a n dj g f u j i m o t o o p t i c a lc o h e r e n c e t o m o g r a p h ys c i e n c e ，1 9 9 1 ，2 5 4 ：11 7 8 11 8 1 2 9 1 h tg r a h n ，h j m a r i s ，a n dj t a u c p i c o s e c o n du l t r a s o n i c s 1 e e ej q u a n t u m e