天文光学频率梳中的光谱展宽与光谱平滑技术

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	天文光学频率梳中的光谱展宽与光谱平滑技术
	吴元杰
学位类型	博士
导师	肖东
	2016-05
学位授予单位	中国科学院研究生院
学位授予地点	北京
关键词	天文光学频率梳天文光谱仪视向速度测量超连续光谱产生
摘要	天文光学频率梳是目前最精密的天文光谱仪定标源，相比于钍氩灯或碘吸收谱线定标，天文光学频率梳在视向速度的定标精度和长期定标稳定性上均有明显优势。这使得利用视向速度法寻找系外类地行星乃至直接测量宇宙膨胀速度等研究成为可能。天文光谱仪进行视向速度定标时，通常工作在可见光波段，而天文光学频率梳产生于红外激光源，这就需要将红外光进行光谱展宽至可见光区并尽可能覆盖可见光区。使用拉锥光子晶体光纤，实现了光谱展宽的过程。将红外光倍频至绿光后进行光谱展宽已经获得成功，然而使用光纤时发现，展宽的光谱带宽在一段时间的稳定后出现退化，同时光谱的起伏结构不断变化，因此光纤存在展宽寿命问题。通过设计的光谱展宽寿命检测系统，发现了光纤出射光的消光比变化与光谱演化的关系，推测色心的产生是影响光纤寿命的主因。进一步实验验证了光纤的展宽寿命受限于四光子吸收过程形成的色心。尝试多种方法期望抑制色心的产生过程以延长光纤的展宽寿命，实验证明使用保偏光子晶体光纤和对光纤进行热处理等均是有效的方法，光纤的展宽寿命成功延长至24 小时以上。但综合光谱带宽因素，光谱展宽的效果并不理想。色心的产生来自于多光子吸收过程，直接使用不经过倍频的红外光进行光谱展宽，降低了单光子能量从而使多光子吸收过程的阶数更高。通过改变光纤的拉锥形状，在低重复频率飞秒激光器上优化了光谱展宽效果。将优化的拉锥光纤进行处理后成功应用于25 GHz 天文光学频率梳，得到了270 nm 以上的带宽，并可稳定工作24 小时以上。长期使用发现光纤仍存在寿命问题，虽然光谱带宽未出现明显退化，但光谱内部出现低谷。实验发现光纤的寿命取决于其接收的高峰值功率脉冲的数量，增加拉锥温度可以有效延长光纤寿命，但损伤机制仍待进一步探究。由光子晶体光纤产生的宽带光谱普遍存在起伏结构，如果直接使用会造成天文光谱仪上各波段的曝光不均匀，影响定标精度。设计搭建了光谱平滑系统，该平滑系统基于空间光调制器并工作于可见光波段。测试证明该平滑系统可在高至-20 dB 平滑水平下良好工作，经过10 小时的实验表明了系统在一个夜晚的天文观测期内工作的稳定性。目前世界多个天文台已使用天文光学频率梳作为天文光谱定标源，我国2.16 米望远镜也于2016 年2 月安装了天文光学频率梳用于高分辨率天文光谱仪的标定。国际上，天文光学频率梳已经达到cm/s 的定标精度，2.16 米望远镜天文光学频率梳正在进行调试以达到最佳的定标精度和稳定性。
学科领域	天文技术与方法
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.niaot.ac.cn/handle/114a32/1291
专题	学位论文
作者单位	南京天文光学技术研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	吴元杰. 天文光学频率梳中的光谱展宽与光谱平滑技术[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2016.