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掺镱光纤光学频率梳及其关键技术研究的开题报告
一、选题背景
光纤光学频率梳是一种新型、高精度、高精度的频率精度工具，广泛应用于激光频率稳定、高分辨光谱学、时间频率标准、量子计算等领域。其中掺镱光纤光学频率梳具有独特的优势，因此备受关注。
掺镱光纤光学频率梳载体中掺杂了大量的镱元素，其电子外层结构中包含有未被占用的5d电子轨道，可以形成高度分裂的分子能级。利用激光的高光强对掺镱光纤材料进行激发，便可产生大量的激子，进而激发并发射频率密集的超短脉冲。这种频率可以通过一定的技术手段变成可控的频率间隔，即光学频率梳。与其他光学频率梳相比，掺镱光纤光学频率梳具有宽带、稳定、精度高、零点漂移小等特点，已经被广泛地应用于光学频率计、高分辨光谱学、时间频率标准、量子计算以及光通信等方面，具有非常广阔的应用前景。
二、研究内容
1、掺镱光纤材料制备技术
控制镱元素原料的纯度和熔体熔融温度、控制熔体温度、选取合适的拉丝速度和制备条件，可以优化掺镱光纤材料的物理化学参数。传统的方法主要是溶胶-凝胶和氟化物法，但是这些方法并没有得到掺杂光纤领域的广泛应用。本文将重点参考熔融法制备高质量的掺镱光纤材料。
2、掺镱光纤材料光学性质研究
通过采用针对不同功率脉冲的测试手段，分析掺镱光纤材料的发光光谱和透射谱，验证材料的激发性、百分比掺杂浓度、透过率、透射谱等多项性质。利用这些性质来优化材料的光学性质，从而提高梳齿间距精度，优化波长覆盖范围和增加脉冲重复率。
3、掺镱光纤光学频率梳系统构建
利用掺镱光纤材料和自制光学器件搭建频率梳系统，在该系统中将评估光泵浦能量和采用髙效伏安器（HEPA）等器件的功率调优手段。如果需要，可以用掺镱光纤频率梳并入确定的光子学系统中。这样可以控制更高频率和更大光谱范围梳齿的产生，并且在掺镱光纤梳首次发出梳齿时得到清晰的信号。
4、典型应用研究
在研究过程中根据典型应用的要求，探究掺镱光纤光学频率梳在不同应用场合下的应用效果和优劣。在激光频率稳定、高分辨光谱、时间频率标准、量子计算、光通信、光频移相等领域进行典型应用研究。
三、研究意义
1、提高频率稳定性和精度
掺镱光纤光学频率梳具有更高的频率稳定度和更高的精度，可以为量子计算、时间频率标准等领域提供更好的测量工具。这些领域的精度对稳定性和长期重复性非常重要。
2、提高光谱学和光学计算的效率
鉴于掺镱光纤光学频率梳的工作频率范围和精度，它可以用于高分辨光谱学中，可以显著地提高了光谱测量速率，从而加速了很多光谱研究。同时，可以将其用于高速、高精度光学计算。
3、适应未来的光通信需求
当更高速率的数据传输成为重要需求时，光通信的需求也会变得更加迫切。掺镱光纤光学频率梳将成为满足光通信需求的重要组成部分。
四、进展计划
在该研究中，我们计划首先进行掺镱光纤光学频率梳材料的制备，然后实施其光学性质研究，然后确立频率梳系统并进行典型应用研究。这种方法可以确保系统设计和性能开发可以有效实现。在未来的研究中，我们还将加强对掺镱光纤梳系统的功能性能研究和标准化的应用验证，并进一步优化梳齿间距、波长覆盖范围和重复性等性能，期望为掺镱光纤光学频率梳的更广泛应用做出贡献。