Bộ điều biến quang âm: Ứng dụng trong tủ nguyên tử lạnh

Bộ điều biến âm thanh-quang: Ứng dụng trong tủ nguyên tử lạnh

Là thành phần cốt lõi của liên kết laser toàn sợi trong tủ nguyên tử lạnh,bộ điều biến quang âm sợi quangsẽ cung cấp laser ổn định tần số công suất cao cho tủ nguyên tử lạnh. Các nguyên tử sẽ hấp thụ photon với tần số cộng hưởng v1. Do động lượng của photon và nguyên tử ngược pha nhau, tốc độ của nguyên tử sẽ giảm sau khi hấp thụ photon, nhờ đó đạt được mục đích làm mát nguyên tử. Các nguyên tử được làm mát bằng laser, với những ưu điểm như thời gian thăm dò dài, loại bỏ dịch chuyển tần số Doppler và dịch chuyển tần số do va chạm, và sự kết hợp yếu của trường ánh sáng phát hiện, cải thiện đáng kể khả năng đo lường chính xác phổ nguyên tử và có thể được ứng dụng rộng rãi trong đồng hồ nguyên tử lạnh, giao thoa kế nguyên tử lạnh, và định vị nguyên tử lạnh, cùng nhiều lĩnh vực khác.

Phần bên trong của bộ điều biến quang-âm AOM sợi quang chủ yếu bao gồm một tinh thể quang-âm và một bộ chuẩn trực sợi quang, v.v. Tín hiệu được điều chế tác động lên bộ chuyển đổi áp điện dưới dạng tín hiệu điện (điều chế biên độ, điều chế pha hoặc điều chế tần số). Bằng cách thay đổi các đặc tính đầu vào như tần số và biên độ của tín hiệu điều chế đầu vào, việc điều chế tần số và biên độ của laser đầu vào đạt được. Bộ chuyển đổi áp điện chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu siêu âm thay đổi theo cùng một mẫu do hiệu ứng áp điện và lan truyền chúng trong môi trường quang-âm. Sau khi chiết suất của môi trường quang-âm thay đổi theo chu kỳ, một cách tử chiết suất được hình thành. Khi laser đi qua bộ chuẩn trực sợi quang và đi vào môi trường quang-âm, hiện tượng nhiễu xạ xảy ra. Tần số của ánh sáng nhiễu xạ chồng một tần số siêu âm lên tần số laser đầu vào ban đầu. Điều chỉnh vị trí của bộ chuẩn trực sợi quang để bộ điều chế quang âm sợi quang hoạt động ở trạng thái tốt nhất. Lúc này, góc tới của chùm sáng phải thỏa mãn điều kiện nhiễu xạ Bragg, và chế độ nhiễu xạ phải là nhiễu xạ Bragg. Lúc này, gần như toàn bộ năng lượng của ánh sáng tới được truyền sang ánh sáng nhiễu xạ bậc một.

Bộ điều biến quang-âm AOM đầu tiên được sử dụng ở đầu trước của bộ khuếch đại quang học của hệ thống, điều biến ánh sáng đầu vào liên tục từ đầu trước bằng các xung quang. Các xung quang đã được điều biến sau đó đi vào mô-đun khuếch đại quang học của hệ thống để khuếch đại năng lượng. Bộ thứ haiBộ điều biến quang-âm thanh AOMđược sử dụng ở đầu sau của bộ khuếch đại quang và chức năng của nó là cô lập nhiễu cơ sở của tín hiệu xung quang được khuếch đại bởi hệ thống. Các cạnh trước và sau của xung ánh sáng do bộ điều biến quang-âm AOM đầu tiên phát ra được phân bố đối xứng. Sau khi vào bộ khuếch đại quang, do độ lợi của bộ khuếch đại đối với cạnh trước xung cao hơn so với cạnh sau xung, các xung ánh sáng được khuếch đại sẽ cho thấy hiện tượng méo dạng sóng trong đó năng lượng tập trung ở cạnh trước, như thể hiện trong Hình 3. Để cho phép hệ thống thu được các xung quang có phân bố đối xứng ở các cạnh trước và sau, bộ điều biến quang-âm AOM đầu tiên cần áp dụng điều chế tương tự. Bộ điều khiển hệ thống điều chỉnh cạnh lên của bộ điều biến quang-âm AOM đầu tiên để tăng cạnh lên của xung quang của mô-đun quang-âm và bù cho độ không đồng đều về độ lợi của bộ khuếch đại quang ở các cạnh trước và sau của xung.

Bộ khuếch đại quang của hệ thống không chỉ khuếch đại các tín hiệu xung quang hữu ích mà còn khuếch đại nhiễu nền của chuỗi xung. Để đạt được tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu hệ thống cao, đặc tính tỷ lệ tiêu tán cao của sợi quangBộ điều biến AOMđược sử dụng để triệt nhiễu nền ở đầu sau của bộ khuếch đại, đảm bảo các xung tín hiệu hệ thống có thể đi qua hiệu quả ở mức độ tối đa, đồng thời ngăn nhiễu nền xâm nhập vào màn trập quang âm miền thời gian (cổng xung miền thời gian). Phương pháp điều chế kỹ thuật số được áp dụng, và tín hiệu mức TTL được sử dụng để điều khiển bật và tắt mô-đun quang âm, đảm bảo cạnh lên của xung miền thời gian của mô-đun quang âm là thời gian lên được thiết kế của sản phẩm (tức là thời gian lên tối thiểu mà sản phẩm có thể đạt được), và độ rộng xung phụ thuộc vào độ rộng xung của tín hiệu mức TTL hệ thống.