CN116154605B - 一种单光子拉曼光频梳源 - Google Patents
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Abstract
一种单光子拉曼光频梳源，包括光源组件、筛选机构、至少三个电光调制器、波分复用器、单光子产生机构。光源组件，适用于产生拉曼散射光；筛选机构，适用于通过特定波长的光，进而实现对拉曼散射光进行筛选，得到至少三条拉曼散射谱线；至少三个电光调制器，电光调制器适用于一一对应地对一条拉曼散射谱线的频率进行调制，以使拉曼散射谱线发生频移；波分复用器，适用于对所有调制后的拉曼散射谱线进行复用，并输出频谱为等频率间隔的脉冲光，以形成拉曼光频梳；单光子产生机构，适用于对拉曼光频梳进行调节，得到单光子拉曼光频梳。
Description
技术领域
本发明涉及先进激光光源领域，特别涉及一种单光子拉曼光频梳源。
背景技术
拉曼散射，是印度物理学家拉曼于1928年发现的一种气体散射现象。拉曼散射是一种非弹性散射，即光的频率在散射后会发生变化。由于拉曼散射太弱，直到激光发明之后拉曼散射相关研究才得以迅速发展，现已广泛应用于成分检测、疾病诊断、药品开发、大气探测等方面。拉曼散射的重要特性之一就是散射光的频移不受外界环境影响，只与发生散射的介质的性质有关。稳定的频率间隔使得拉曼散射光有着产生光学频率梳的潜力。
光学频率梳，简称“光频梳”，在时域上表现为一系列超短脉冲，在频域上表现为一组等频率间隔的梳线，且梳线的强度与脉冲的包络线相关。光频梳产生之初是为了进行精密的光频率测量，随着光频梳技术的不断发展，其应用也在逐渐拓宽。目前最主流的光频梳产生方案是Hall和Hänsch于1999年实现的基于飞秒锁模激光器的光频梳产生方案，利用锁模激光器在时域上输出周期性脉冲序列，在频域上则形成等频率间隔的光学频率梳。除此之外，Evgeny Myslivets使用的高非线性光纤色散方案、李建平使用的循环移频方案以及Motonobu Kourogi使用的电光梳方案、Briles使用的克尔梳方案、Kippenberg使用的光学微腔方案等也是产生光频梳常用的方案。
光频梳的应用场景十分广泛，如基于干涉原理光频梳可以实现高精度频率测量，通过控制光频梳光脉冲的参数可以实现任意波形发生，使用双光梳可以实现相干外差OCT，光频梳作为激光雷达的光源可以实现比单色光更高效的探测等。
但是，作为产生光频梳的主流方案，飞秒锁模激光器存在许多不足之处。首先飞秒锁模激光器制作和操作都比较复杂，而且价格昂贵。其次，由于锁模的特性，飞秒锁模激光器的频率调谐范围受到限制，调节起来不够灵活。最后，由于非线性效应的存在，飞秒锁模激光器会受到杂散光的影响，而且其对温度、机械振动等环境因素比较敏感，需要加以复杂的隔离和稳定措施。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种单光子拉曼光频梳源，具有频梳间隔可调节的特点。
为达到上述目的，本发明的实施例公开了一种单光子拉曼光频梳源，包括：光源组件，适用于产生拉曼散射光；
筛选机构，适用于通过特定波长的光，进而实现对拉曼散射光进行筛选，得到至少三条拉曼散射谱线；
至少三个电光调制器，电光调制器适用于一一对应地对一条拉曼散射谱线进行调制，以使拉曼散射谱线发生频移；
波分复用器，适用于对所有调制后的拉曼散射谱线进行复用，并输出拉曼光频梳；
单光子产生机构，适用于对拉曼光频梳进行调节，得到单光子拉曼光频梳。
根据本发明的实施例，光源组件包括：
激光器，适用于发出激光；
气体腔，内部充有气体，激光入射至气体的气体分子上并发生拉曼散射，得到初始拉曼散射光；
其中，筛选机构适用于接收自气体腔的输出的初始拉曼散射光中的侧向拉曼散射光，侧向拉曼散射光的传输方向和激光的传输方向垂直。
根据本发明的实施例，特定波长的光的确定方法包括：
根据气体的微分散射截面和气体的反斯托克斯拉曼频移确定特定波长的光。
根据本发明的实施例，气体的微分散射截面表示如下：
其中，J表示气体分子的转动量子数，J=2、3、4…，
表示气体的微分散射截面，/>
表示气体分子的核自旋统计权重，h表示普朗克常数，c表示真空中光速，v 0表示激光的波数，γ表示气体分子偏振强度的各向异性参量，I表示气体分子的核自旋量子数，k B 表示玻尔兹曼常数，T表示温度，X（J）表示转动跃迁的平方矩阵，E rot（J）表示气体分子的转动能量，/>
表示气体的反斯托克斯频移，B 0表示气体分子的转动常量；
气体的反斯托克斯拉曼频移表示如下：
其中，D 0表示气体分子的离心畸变常数。
根据本发明的实施例，单光子产生机构包括：
分束器，适用于将拉曼光频梳分成信号光和验证光；
衰减器，适用于控制信号光的衰减，以使衰减器输出的信号光达到单光子量级，得到单光子拉曼光频梳；
功率计，适用于探测验证光的功率，以确定信号光达到单光子量级。根据本发明的实施例，筛选机构为波分解复用器或者光栅。
根据本发明的实施例，电光调制器适用于一一对应地对一条拉曼散射谱线的频率进行调制。
根据本发明的实施例，通过利用筛选机构对光源组件产生的拉曼散射光进行筛选，之后利用电光调制器对筛选后的拉曼散射谱线进行频移，进而得到拉曼光频梳。利用电光调制器可以对筛选后的各拉曼散射谱线之间的频率间隔进行随意调整，形成的拉曼光频梳可以为等频率间隔的拉曼光频梳，也可以形成非等频率间隔的其他拉曼光源。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例提供的单光子拉曼光频梳源的结构框图；
图2示出了根据本发明实施例提供的筛选机构筛选出来的氮气分子拉曼散射的信号频谱图；
图3示出了根据本发明实施例提供的产生的单光子拉曼光频梳频谱图。
附图标记说明：
1、光源组件；
11、激光器；
12、气体腔；
2、筛选机构；
3、电光调制器；
4、波分复用器；
5、单光子产生机构；
51、分束器；
52、衰减器；
53、功率计；
6、光纤耦合器。
具体实施方式
在实现本发明的过程中发现，1975年，Hoskins使用激光器入射氮气气体腔，激发并观测到了分立的拉曼散射光谱，受限于当时的仪器条件，无法将拉曼散射光作为光频梳源。如今，随着波分复用器、电光调制器等技术的发展，使将拉曼散射光作为光频梳源成为可能，其不仅可以胜任光频梳的应用场景，而且可以改善传统光频梳发生方案的诸多不足之处。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
图1示出了根据本发明实施例提供的单光子拉曼光频梳源的结构框图。
如图1所示，该单光子拉曼光频梳源，包括：光源组件1、筛选机构2、至少三个电光调制器3、波分复用器4和单光子产生机构5。
光源组件1，适用于产生拉曼散射光。筛选机构2，适用于通过特定波长的光，进而实现对拉曼散射光进行筛选，得到至少三条拉曼散射谱线。至少三个电光调制器3，电光调制器3适用于一一对应地对一条拉曼散射谱线进行调制，以使拉曼散射谱线发生频移。波分复用器4，适用于对所有调制后的拉曼散射谱线进行复用，输出拉曼光频梳。单光子产生机构5，适用于对拉曼光频梳进行调节，得到单光子拉曼光频梳。
根据本发明的实施例，通过利用筛选机构对光源组件1产生的拉曼散射光进行筛选，之后利用电光调制器3对筛选后的拉曼散射谱线进行频移，进而得到拉曼光频梳。利用电光调制器3可以对筛选后的各拉曼散射谱线之间的频率间隔进行随意调整，形成的拉曼光频梳可以为等频率间隔的拉曼光频梳，也可以形成非等频率间隔的拉曼光频梳。当电光调制器3对筛选后的各拉曼散射谱线之间的频率间隔进行调整使得任意相邻的两个拉曼散射谱线之间的频率间隔相等时，波分复用器4输出频谱为等频率间隔的脉冲光，即形成等频率间隔的拉曼光频梳。
根据本发明的实施例，光源组件1包括：激光器11和气体腔12。激光器11适用于发出激光。气体腔12内部充有气体，激光入射至气体的气体分子上并发生拉曼散射，得到初始拉曼散射光。其中，筛选机构2适用于接收自气体腔的侧向输出的初始拉曼散射光中的侧向拉曼散射光，侧向拉曼散射光的传输方向和激光的传输方向垂直。
根据本发明的实施例，在收集的时候，侧向拉曼散射光容易对准，即侧向拉曼散射光容易收集，而且受原本的激光的影响较小。
根据本发明的实施例，相对于利用飞秒锁模激光器产生拉曼散射光的方法，本申请使用普通的激光器和气体腔产生光源，造价低廉，操作简便。
根据本发明的实施例，特定波长的光的确定方法包括：根据气体的微分散射截面和气体的反斯托克斯拉曼频移确定特定波长的光。具体而言，特定波长的光的确定方法如下：
本发明实施例中特定波长是根据气体的微分散射截面所选取的，本发明实施例是通过选取气体的微分散射截面中较大的值实现对所需要的拉曼散射谱线的筛选。气体的微分散射截面表示如下：
其中，J表示气体分子的转动量子数，J=2、3、4…，
表示气体的微分散射截面，/>
表示气体分子的核自旋统计权重，h表示普朗克常数，c为真空中光速，v 0表示激光的波数，γ表示气体分子偏振强度的各向异性参量，I表示气体分子的核自旋量子数，k B 表示玻尔兹曼常数，T表示温度，X（J）表示转动跃迁的平方矩阵，E rot（J）表示气体分子的转动能量，/>
表示气体的反斯托克斯频移，B 0表示气体分子的转动常量。
气体的反斯托克斯拉曼频移表示如下：
其中，D 0表示气体分子的离心畸变常数，通过式（1）-（2）可以看出，气体的微分散射截面是由气体分子的转动量子数决定的，因此，可以通过筛选气体分子的转动量子数进而可以筛选出气体的微分散射截面较大的拉曼散射谱线。
在激光入射至气体分子上发生拉曼散射时，根据式（1），筛选微分散射截面较大时的转动量子数，此后可以根据式（2）计算出所筛选出的气体分子的各个转动量子数对应的激光的反斯托克斯拉曼频移，由于激光的频率为已知的，因此，根据式子（1）-（2）可以计算出筛选出的拉曼散射谱线的频率。根据本发明的实施例可以根据需要对各个电光调制器3进行设置，从而对筛选后的各拉曼散射谱线之间的频率间隔进行随意调整，使得形成的拉曼光频梳可以为等频率间隔的拉曼光频梳，也可以形成非等频率间隔的拉曼光频梳。
根据本发明的实施例，单光子产生机构包括：分束器51、衰减器52、和功率计53。
分束器51适用于将拉曼光频梳分成信号光和验证光。衰减器52适用于控制信号光的衰减，以使衰减器52输出的信号光达到单光子量级，得到单光子拉曼光频梳。功率计53适用于探测验证光的功率，以确定信号光达到单光子量级。
根据本发明的实施例，筛选机构2为波分解复用器或者光栅。
根据本发明的实施例，上述单光子拉曼光频梳源还包括：光纤耦合器6，适用于对拉曼散射光进行耦合，并将耦合后的拉曼散射光传输至筛选机构2。
根据本发明的实施例，光纤耦合器6和筛选机构2之间，筛选机构2和电光调制器3之间，电光调制器3和波分复用器4之间以及波分复用器4和单光子产生机构5之间通过光纤连接。
根据本发明的实施例，电光调制器适用于一一对应地对一条拉曼散射谱线的频率进行调制，调制的过程不仅可以改变谱线频率，同时也可改变谱线强度，提供了很高的自由性；上述气体为氮气，也可以为其他气体。
根据本发明的实施例，分束器为99:1的分束器。使用99:1分束器，1%的能量输送入衰减器，提前引入了20dB的衰减，无需使用性能过高的衰减器，节约了成本。
以下列举具体实施例对利用本发明实施例提供的单光子拉曼光频梳源产生单光子拉曼光频梳的方法进行详细说明。
激光器11的输出的激光射入气体腔2，产生初始拉曼散射光，由于本实施例中的气体为氮气，因此本实施例中的气体腔2为氮气气体腔，氮气气体腔发出的侧向拉曼散射光射入光纤耦合器6的输入端，光纤耦合器6的输出端与波分解复用器的输入端连接，光纤耦合器6适用于将初始拉曼激光耦合至波分解复用器，以筛选出特定波长拉曼散射谱线。
由于本实施例中的气体为氮气，因此B 0=1.9895cm-1，D 0=5.48×10-6cm-1结合式（1）-（2）可以得到，转动量子数J=6、8、10、12、14、16、18、20的八条拉曼散射谱线的微分散射截面较大，而且频移较大，便于分光，因而适合实际应用，本例即以这八条谱线为实施例。在同一高度下，谱线强度和微分散射截面成正比，根据以上公式可以模拟氮气的拉曼散射信号频谱图。筛选机构2筛选出来的氮气分子拉曼散射的信号频谱图如图2所示。
由于筛选出的拉曼散射谱线为八条，对应的电光调制器3为八个。波分解复用器的八条输出端依次通过光纤与八个电光调制器3连接，即波分解复用器的八条输出端依次通过光纤与电光调制器EOM5、电光调制器EOM6、电光调制器EOM7、电光调制器EOM8、电光调制器EOM9、电光调制器EOM10、电光调制器EOM11、电光调制器EOM12的输入端连接，八个电光调制器3实现对对应地对一条拉曼散射谱线的频率进行调制，以使拉曼散射谱线发生频移。电光调制器EOM5、电光调制器EOM6、电光调制器EOM7、电光调制器EOM8、电光调制器EOM9、电光调制器EOM10、电光调制器EOM11、电光调制器EOM12的输出端依次通过光纤与波分复用器4的八条输入端连接，波分复用器4的输出端与分束器51的输入端连接，分束器51将波分复用器4输出的拉曼光频梳分为验证光与信号光，验证光通过光纤与功率计15连接，信号光通过光纤与衰减器16的输入端连接。
使用532nm波长的激光器入射氮气，则J=6、8、10、12、14、16、18、20的8条谱线的波长分别为530.8496nm、 530.4018nm， 529.9550nm、529.5091nm、529.0644nm、528.6208nm、528.1785nm、和527.7373nm，对应的频率分别为564.7409THz、565.2176THz、565.6942THz、566.1705THz、566.6464THz、567.1219THz、567.5969THz、和568.0714THz。使用中心波长为以上波长的波分解复用器将八路信号分开，分别连接八个电光调制器3。电光调制器分别使得八路信号产生259.1431GHz、282.3518GHz、305.8222GHz、329.4507GHz、353.5615GHz、378.0517GHz、403.1402GHz、和428.6168GHz的频移。这样在经过中心频率分别为565THz、565.5THz、566THz、566.5THz、567THz、567.5THz、568THz、和568.5THz的波分复用器后，输出光的频谱为等频率间隔的脉冲，即形成光频梳。随后通过99:1的分束器，99%的能量输送给功率计，用以监测功率，1%的能量输送给100dB的衰减器，则最终能量衰减为原本的，得到单光子拉曼光频梳。
根据本发明的实施例，使用普通的激光器11和气体腔12产生激光，造价低廉，操作简便。使用电光调制器3，可以自由调整拉曼谱线的频率和强度，解决了飞秒锁模激光器的频率调谐受限的问题。八条拉曼谱线均通过波分解复用器筛选，滤除了杂散光。由于气体的拉曼散射频移与外界条件无关，使得单光子拉曼光频梳源的输出很稳定，不会被外界条件影响。
激光激发氮气分子产生拉曼散射同时存在斯托克斯和反斯托克斯分量，后者应用更加广泛，因此本例模拟了氮气在300K条件下的反斯托克斯散射。
图3示出了根据本发明实施例提供的产生的单光子拉曼光频梳频谱图。
如图3所示，使用532nm波长的激光器入射氮气，则J=6、8、10、12、14、16、18、20的八条谱线的波长分别为530.8496nm、530.4018nm、529.9550nm、529.5091nm、529.0644nm、528.6208nm、528.1785nm、527.7373nm，对应的频率分别为564.7409THz、565.2176THz、565.6942 THz、566.1705THz、566.6464THz、67.1219THz、67.5969THz、568.0714THz。使用中心波长为以上波长的波分解复用器将八路信号分开，分别连接八个电光调制器。电光调制器分别给八路信号产生259.1431GHz、282.3518GHz、305.8222GHz、329.4507GHz、353.5615GHz、378.0517GHz、403.1402GHz、428.6168GHz的频移。这样在经过中心频率分别为565THz、565.5THz、566THz、566.5THz、567THz、567.5THz、568THz、568.5THz的波分复用器后，输出光的频谱为等频率间隔的脉冲，成为光频梳。随后通过99:1的分束器，99%的能量输送给功率计，用以监测功率，1%的能量输送给100dB的衰减器，则最终能量衰减为原本的，成为单光子拉曼光频梳源。
根据本发明实施例提供的单光子拉曼光频梳源简化了产生光频梳的方式，不再需要锁模激光器，仅需要普通的激光器即可产生频率间隔稳定的光频梳。
根据本发明实施例提供的单光子拉曼光频梳源频梳间隔和强度可通过电光调制器随意调整，可以形成等频率间隔的光频梳源，也可以形成非等频率间隔的其他光源。
根据本发明实施例提供的单光子拉曼光频梳源，单光子拉曼光频梳的性质和用于激发散射的气体性质相关，可以为研究气体性质提供参考。
根据本发明实施例提供的单光子拉曼光频梳源单光子拉曼光频梳的强度为单光子量级，非常适合用于量子干涉相关应用。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种单光子拉曼光频梳源，其特征在于，包括：
光源组件，适用于产生拉曼散射光；
筛选机构，适用于通过特定波长的光，进而实现对所述拉曼散射光进行筛选，得到至少三条拉曼散射谱线；
至少三个电光调制器，所述电光调制器适用于一一对应地对一条拉曼散射谱线的频率进行调制，以使所述拉曼散射谱线发生频移；
波分复用器，适用于对所有调制后的拉曼散射谱线进行复用，并输出拉曼光频梳；
单光子产生机构，适用于对所述拉曼光频梳进行调节，得到单光子拉曼光频梳。
2.根据权利要求1所述的单光子拉曼光频梳源，其特征在于，所述光源组件包括：
激光器，适用于发出激光；
气体腔，内部充有气体，所述激光入射至所述气体的气体分子上并发生拉曼散射，得到初始拉曼散射光；
其中，所述筛选机构适用于接收自所述气体腔的输出的所述初始拉曼散射光中的侧向拉曼散射光，所述侧向拉曼散射光的传输方向和所述激光的传输方向垂直。
3.根据权利要求2所述的单光子拉曼光频梳源，其特征在于，所述特定波长的光的确定方法包括：
根据所述气体的微分散射截面和所述气体的反斯托克斯拉曼频移确定所述特定波长的光。
4.根据权利要求3所述的单光子拉曼光频梳源，其特征在于，所述气体的微分散射截面表示如下：
其中，J表示气体分子的转动量子数，J=2、3、4…，
表示所述气体的微分散射截面，/>
表示气体分子的核自旋统计权重，h表示普朗克常数，c表示真空中光速，v 0表示所述激光的波数，γ表示气体分子偏振强度的各向异性参量，I表示气体分子的核自旋量子数，k B 表示玻尔兹曼常数，T表示温度，X（J）表示转动跃迁的平方矩阵，E rot（J）表示气体分子的转动能量，/>
表示所述气体的反斯托克斯频移，B 0表示气体分子的转动常量；
所述气体的反斯托克斯拉曼频移表示如下：
其中，D 0表示气体分子的离心畸变常数。
5.根据权利要求1所述的单光子拉曼光频梳源，其特征在于，所述单光子产生机构包括：
分束器，适用于将所述拉曼光频梳分成信号光和验证光；
衰减器，适用于控制所述信号光的衰减，以使所述衰减器输出的信号光达到单光子量级，得到所述单光子拉曼光频梳；
功率计，适用于探测所述验证光的功率，以确定所述信号光达到所述单光子量级。
6.根据权利要求1所述的单光子拉曼光频梳源，其特征在于，所述筛选机构为波分解复用器或者光栅。
7.根据权利要求2所述的单光子拉曼光频梳源，其特征在于，所述气体为氮气；
所述电光调制器还适用于一一对应地对一条拉曼散射谱线的强度进行调制。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102338965A (zh) * | 2011-08-24 | 2012-02-01 | 武汉邮电科学研究院 | 一种超宽谱光梳产生的方法 |
| CN103703635A (zh) * | 2011-05-16 | 2014-04-02 | Oe电波公司 | 基于非线性光学谐振器的三重振荡器装置中单光调、rf振荡信号及光梳的生成 |
| US10050407B1 (en) * | 2017-07-12 | 2018-08-14 | Raytheon Company | Cavity stabilized laser drift compensation |
| US10666275B1 (en) * | 2018-12-26 | 2020-05-26 | Lockheed Martin Corporation | Micro-comb terahertz radium ion clock (MCTRICk) |
| CN111697426A (zh) * | 2019-03-13 | 2020-09-22 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种采用六氟化硫受激拉曼产生频率梳的装置 |
| CN111969406A (zh) * | 2020-07-08 | 2020-11-20 | 南京邮电大学 | 一种基于拉曼效应的布里渊光频梳生成装置及方法 |
| CN114336227A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-04-12 | 电子科技大学 | 一种基于低畸变耗散克尔孤子的微波信号产生装置 |
| CN114825018A (zh) * | 2021-01-19 | 2022-07-29 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种单波长激光产生宽光谱范围频率梳激光的装置及方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006023601B4 (de) * | 2006-05-19 | 2009-01-15 | Menlo Systems Gmbh | Lasersystem |
| US20210242654A1 (en) * | 2020-02-03 | 2021-08-05 | Yale University | Octave-Spanning Soliton Comb |
-
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103703635A (zh) * | 2011-05-16 | 2014-04-02 | Oe电波公司 | 基于非线性光学谐振器的三重振荡器装置中单光调、rf振荡信号及光梳的生成 |
| CN102338965A (zh) * | 2011-08-24 | 2012-02-01 | 武汉邮电科学研究院 | 一种超宽谱光梳产生的方法 |
| US10050407B1 (en) * | 2017-07-12 | 2018-08-14 | Raytheon Company | Cavity stabilized laser drift compensation |
| US10666275B1 (en) * | 2018-12-26 | 2020-05-26 | Lockheed Martin Corporation | Micro-comb terahertz radium ion clock (MCTRICk) |
| CN111697426A (zh) * | 2019-03-13 | 2020-09-22 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种采用六氟化硫受激拉曼产生频率梳的装置 |
| CN111969406A (zh) * | 2020-07-08 | 2020-11-20 | 南京邮电大学 | 一种基于拉曼效应的布里渊光频梳生成装置及方法 |
| CN114825018A (zh) * | 2021-01-19 | 2022-07-29 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种单波长激光产生宽光谱范围频率梳激光的装置及方法 |
| CN114336227A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-04-12 | 电子科技大学 | 一种基于低畸变耗散克尔孤子的微波信号产生装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| The study of optical frequency-comb laser generated by stimulated Raman scattering;Xianglong Cai et al.;PROCEEDINGS OF SPIE;全文 * |
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