研究了基于光纤飞秒光学频率梳的传递振荡器技术,介绍了其基本原理,设计并搭建传递振荡器系统,实现了主激光器与从激光器光学频率的相干传递,锁定后系统环内拍频信号的s级频率稳定度达5×10 -19量级。搭建了两套传递振荡器系统,将主激光器的光学频率同时传递至两个独立的从激光器,分析了锁定后两个从激光器拍频信号引入系统中的相位噪声。通过提高拍频信号信噪比、优化信号处理过程、减小外部环境干扰等方法,最终两个从激光器得到的环外拍频信号线宽小于30 mHz,光学频率传递的s级频率稳定度达1.4×10 -17量级。

提出了一种基于飞秒光学频率梳相关探测的绝对距离测量方法,通过检测测量信号与参考信号的相关条纹,实现了绝对距离测量。研究了一阶相关函数的测量模型,建立了基于非平衡迈克耳孙干涉光路的测量系统,通过拟合一阶相关函数包络并提取其峰值精确判断脉冲重合位置,获得了被测距离。设计并配合长导轨进行了3 m的绝对距离测量实验,并与商用干涉仪测量结果进行实时比对。基于大量实验数据,针对环境因素及系统误差进行了分析,并进行了误差消除与补偿。研究结果表明,所提方法在500 min长期测量中,在3 m的测量范围内的最大测量误差为5.85 μm,测量标准差为2.20 μm。

基于光学频率梳与超声脉冲之间的声光效应, 提出了一种海水声速直接测量的方法。根据光学频率梳模间拍频的相位测量了超声脉冲的飞行距离,根据脉冲声光效应引起的零级光的强度变化测量了超声脉冲的飞行时间。搭建了基于马赫-曾德尔干涉仪的测量装置。实验结果表明,该方法可以在实验室条件下实现高精度的海水声速测量,测量不确定度优于5 cm/s。

飞秒光学频率梳以其频谱宽、 脉宽窄、 频率稳定度高等优点， 对光学频率计量、 绝对距离测量、 高精度光谱测定产生重大影响。 飞秒光学频率梳的时域特性和频域特性溯源至微波频率基准， 使得高精度气体吸收光谱探测成为可能。 飞秒光学频率梳光谱技术具有测量速度快、 光谱灵敏度高、 分辨率高、 信噪比高等优点， 因此加大对飞秒光学频率梳光谱技术的研究力度将更好地服务于环境保护、 工业生产、 生物医学、 科学研究等各领域。 飞秒光频梳高精度气体吸收光谱主要可分为光频梳腔衰荡光谱、 光频梳腔增强光谱和双光频梳多外差光谱。 其中， 根据采集方式不同， 光频梳腔增强光谱又可分为梳齿游标测量法、 虚拟成像相位阵列测量法和傅里叶变换测量法。 目前， 国外已广泛开展相关研究， 而国内仍处于起步阶段。 本文综述了飞秒光学频率梳高精度气体吸收光谱探测的主要技术方法， 展示了不同测量方法典型的实验方案， 分析了各探测方法的优缺点， 并追踪了主要研究小组的前沿成果。

飞秒光学频率梳的出现对时间频率技术和光谱学技术产生了深远重大的影响, 由此衍生的飞秒光学频率梳绝对测距技术以其快速、大尺寸、高精度等优点已成为国际研究热点, 并有望直接应用于大装备制造、激光雷达和卫星编队飞行等大尺寸精密测距。在简要阐述飞秒光学频率梳的原理特性及主要应用的基础上, 围绕光梳测距的发展历程及前沿方向, 着重介绍了飞秒光梳精密测距近两年来的最新研究进展, 并对该技术进行了总结和展望。