Những đột phá mới trong chất điều biến LiNbO3

Những đột phá mới trongBộ điều biến LiNbO3
Mới đây, các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã công bố bằng sáng chế phát minh cốt lõi về công nghệ khóa tần số laser PDH. Hệ thống khóa tần số laser PDH dựa trên bộ khuếch đại quang bán dẫn (SOA) phi tuyến tính để tạo ra các dải tần phụ. Bằng sáng chế này nhằm giải quyết một số điểm yếu chính trong hệ thống khóa tần số laser PDH (Pound-Drever-Hall) truyền thống do việc sử dụng niobat lithi (bộ điều biến LiNbO3) và các thành phần khác.bộ điều biến điện quang.
1. Những vấn đề chính của giải pháp truyền thống bao gồm:
1.1 Chi phí cao và cấu trúc phức tạp: Các bộ điều biến điện quang truyền thống yêu cầu mạch điều khiển và mạch phân cực RF phức tạp.
1.2 Độ nhạy cảm với môi trường: Nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ và áp lực, dễ bị bất thường về trạng thái phân cực.
1.3 Hiệu ứng điều biến biên độ dư (RAM): Hiệu ứng này gây ra độ lệch DC của tín hiệu lỗi, dẫn đến sự trôi lệch điểm khóa laser và ảnh hưởng nghiêm trọng đến tính ổn định lâu dài của hệ thống.
2. Giải pháp sáng tạo do nhóm nghiên cứu đề xuất là:
Hoàn toàn từ bỏ bộ điều biến điện quang truyền thống và áp dụng thiết kế hợp tác.bộ khuếch đại quang bán dẫn(Bộ khuếch đại SOA) kết hợp với bộ dịch tần quang âm hai đường dẫn. Nguyên lý hoạt động cụ thể như sau: Sau khi tách laser mồi, nó được dịch tần chính xác bằng hai bộ dịch tần quang âm hai đường dẫn, tạo ra sự chênh lệch tần số, sau đó hai đường ánh sáng được kết hợp và đưa vào bộ khuếch đại SOA ở trạng thái bão hòa khuếch đại. Bằng cách tận dụng các hiệu ứng phi tuyến như trộn bốn sóng (FWM) của...Bộ khuếch đại SOANhờ đó, các tín hiệu đa băng tần cần thiết cho việc khóa tần số PDH được tạo ra một cách hiệu quả.
3. Công nghệ này mang lại những ưu điểm vượt trội về hiệu năng như sau:
3.1 Khắc phục vấn đề RAM và đạt được độ ổn định dài hạn cực cao: Thiết bị khuếch đại SOA (thường ở dạng gói cánh bướm) tích hợp điều khiển nhiệt độ và cực kỳ ít nhạy cảm với các nhiễu loạn môi trường, tránh được vấn đề RAM từ cơ chế vật lý và đạt được độ chính xác khóa chiều dài khoang tốt hơn 5×10⁻¹¹/ngày.
3.2 Điều chỉnh chính xác các dải tần phụ, cải thiện đáng kể tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu: Bằng cách điều khiển độc lập lượng dịch chuyển của hai bộ dịch tần quang âm kép (100 MHz – 200 MHz) bằng hai bộ dao động điều khiển điện áp (VCO), khoảng tần số của các dải tần phụ được tạo ra có thể được điều chỉnh hoàn hảo sao cho phù hợp với dải phổ tự do (FSR) của khoang tham chiếu, từ đó cải thiện đáng kể tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu của tín hiệu lỗi.
3.3 Giảm chi phí và nâng cao hiệu quả, góp phần thu nhỏ hệ thống: Không cần bộ điều biến điện quang đắt tiền và các mạch phức tạp, bộ khuếch đại quang SOA chỉ cần mạch điều khiển dòng điện đơn giản, giúp toàn bộ hệ thống nhỏ gọn hơn, chi phí thấp hơn và phù hợp hơn cho các ứng dụng laser ngoài trời độ chính xác cao và thu nhỏ.
3.4 Triển vọng ứng dụng rộng rãi và nhu cầu thị trường của công nghệ này bao gồm:
Đồng hồ quang học cho không gian và phương tiện: Đặc tính chống nhiễu của nó đáp ứng hoàn hảo các yêu cầu của lĩnh vực hàng không vũ trụ và phương tiện không người lái.
Máy đo trọng lực lượng tử và máy giao thoa nguyên tử lạnh: Có thể được sử dụng cho thăm dò địa chất chính xác cao và định vị dưới nước.
Cảm biến sợi quang bậc cao và radar mảng pha đồng bộ (LiDAR): Có thể cung cấp nguồn sáng tham chiếu có độ rộng vạch cực hẹp và không bị trôi.
Trong bối cảnh xu hướng cách mạng lượng tử toàn cầu lần thứ hai và sự thu nhỏ của các cảm biến lượng tử, nhu cầu thị trường đối với các mô-đun laser ổn định tần số, chi phí thấp, có khả năng điều khiển tự động đã tăng mạnh, và công nghệ được cấp bằng sáng chế này đáp ứng chính xác xu hướng thị trường đó.