基于光纤中非线性效应的中红外超短脉冲激光产生研究的任务书.docx

基于光纤中非线性效应的中红外超短脉冲激光产生研究的任务书
任务书
一、研究背景和意义
中红外激光是一种在纳米尺度物质研究、分子探测与成像等方面有着广泛应用的先进技术。中红外激光波长在2-20微米之间，是分子的振动和转动能量级别的典型尺度范围，因而对分子的光学响应有着很强的选择性。以此为基础的成像和光谱学应用具有很高的灵敏度、分辨率和特异性，已经在化学、生物、医药、环境监测等领域体现出越来越重要的作用。但是，由于中红外波段与可见光波长的差异较大，中红外激光产生技术相对较为复杂，至今不存在能够获得目标波长超短、高峰值功率与高重复率的方案。
光纤在超快光学中有着广泛的应用，它具有低损耗、光路设计灵活、易于成像等优点。通过光子晶体光纤、波导光纤等基于波导结构的光纤设计，可以实现超短脉冲和渐变折射率介质中的非线性效应。其中，基于非线性效应的中红外超短脉冲激光产生技术成为目前研究的焦点之一，其可以通过一定的方法产生2-20微米之间的中红外激光。因此，本课题对于探索中红外超短脉冲激光产生的新方法、提高中红外激光的产生效率和光谱纯度，探索中红外激光在光谱学、成像等领域中的应用具有一定的理论和实践意义。
二、研究内容
1.查阅相关文献和资料，了解光纤中非线性效应产生的机制和高功率中红外超短脉冲激光产生的基本原理。
2.基于实验室已有设备，优化并设计中红外超短脉冲光纤激光器实验系统，调节和控制自制波长在1.5-2微米的光纤激光器输出的参数，达到最佳使用点。
3.利用光纤的非线性效应，探究产生中红外超短脉冲激光的方法。例如，在波长为1.5-2微米的激光器输出光线入射一定类型的光纤（光子晶体光纤/波导光纤/高非线性光纤）后，观察光子是否会在中途被非线性效应的作用所改变，最终产生中红外超短脉冲激光。
4.利用功率稳定器，提高中红外激光的重复频率和峰值功率，探究影响中红外激光输出功率和光谱纯度的因素，建立数学模型，寻找更优的参数组合，实现产生高质量的中红外激光。
5.对实验结果进行分析，评估中红外激光的产生效率和光谱纯度，预测中红外光谱在不同场景中的应用前景，研究与设计特定应用下的实验方法。
三、研究目标和要求
1.掌握基于光纤中非线性效应产生中红外超短脉冲激光的原理和方法，了解其量化评估方法。
2.改善现有光纤激光器实验系统的参数控制和精度，实现理想的中红外超短脉冲激光输出。
3.探究和研制基于光纤中非线性效应的中红外超短脉冲激光产生技术，建立其实验参数和产生效率之间的数学模型，并寻找优化方案实现最佳的中红外激光光谱纯度和输出功率。
4.分析实验结果，评估产生的中红外超短脉冲激光的品质和适用性，为其在光谱学、成像、生物化学等领域中的应用提供有效支撑。
四、实验用具和条件
1.光纤激光器，可掌握产生波长在1.5微米至2微米范围的超短脉冲激光。
2.光纤，光子晶体光纤、波导光纤和高非线性光纤等不同类型的光纤，以便进行光纤非线性效应的研究。
3.光谱仪，以便进行中红外激光的光谱分析和研究。
4.功率稳定器，以便控制中红外激光的峰值功率和重复频率，优化中红外激光的产生。
5.计算机、数学软件等设备和试剂等。
五、工作计划和安排
第一阶段（1-2周）：收集相关文献，了解光纤激光器实验系统和中红外超短脉冲激光产生技术的基本原理。
第二阶段（2-3周）：基于实验室已有设备，优化现有光纤激光器实验系统，确立控制性参数，为后续的实验研究奠定基础。
第三阶段（3-6周）：利用光纤非线性效应探究中红外超短脉冲激光产生的方法，分析实验结果，进行初步的数据分析和讨论。
第四阶段（6-8周）：按照实验结果进行参数优化和调整，实现最佳光谱纯度和峰值功率。
第五阶段（8-10周）：总结实验结果，撰写研究报告和学术论文，参与学术交流会议及讨论等。
六、参考文献
1.王兴军,翟中江,田运北.基于光纤拉曼放大的甲烷泄漏监测［J］.光电工程,2015,42(2).
2.TornerL,MarquesMICR,Díaz-UribeR,etal.Towardthedevelopmentofminiaturesensors:time-dependentmodulationofphoton-pairgenerationinmicrostructuredfibers［J］.JournaloftheOpticalSocietyofAmericaB,2007,24(1).
3.InoueT,MukaiT,YamanakaT,etal.Broadbandquasi-phase-matchedsecond-harmonicgenerationusingamode-lockedTi:sapphireoscillator［J］.AppliedPhysicsLetters,2001,79(15).
4.LeeKF,