Modulator akustooptyczny: Zastosowanie w szafach z zimnymi atomami

Modulator akustooptyczny:Zastosowanie w szafach z zimnymi atomami

Jako główny element całkowicie światłowodowego łącza laserowego w szafie z zimnymi atomami,modulator akustooptyczny światłowodowyzapewni laser o wysokiej mocy i stabilizacji częstotliwości dla komory zimnych atomów. Atomy będą absorbować fotony z częstotliwością rezonansową v1. Ponieważ pęd fotonów i atomów jest przeciwny, prędkość atomów zmniejszy się po absorpcji fotonów, osiągając w ten sposób cel chłodzenia atomów. Atomy chłodzone laserowo, z takimi zaletami jak długi czas sondowania, eliminacja przesunięcia częstotliwości Dopplera i przesunięcia częstotliwości spowodowanego kolizją oraz słabe sprzężenie pola światła detekcyjnego, znacznie poprawiają precyzję pomiaru widm atomowych i mogą być szeroko stosowane między innymi w zimnych zegarach atomowych, zimnych interferometrach atomowych i zimnej nawigacji atomowej.

Wnętrze światłowodowego modulatora akustooptycznego AOM składa się głównie z kryształu akustooptycznego i kolimatora światłowodowego itp. Sygnał modulowany oddziałuje na przetwornik piezoelektryczny w postaci sygnału elektrycznego (modulacja amplitudy, modulacja fazy lub modulacja częstotliwości). Zmieniając charakterystyki wejściowe, takie jak częstotliwość i amplituda modulowanego sygnału wejściowego, uzyskuje się modulację częstotliwości i amplitudy lasera wejściowego. Przetwornik piezoelektryczny przekształca sygnały elektryczne na sygnały ultradźwiękowe, które zmieniają się według tego samego wzorca dzięki efektowi piezoelektrycznemu i rozchodzą się w ośrodku akustooptycznym. Po okresowej zmianie współczynnika załamania światła ośrodka akustooptycznego, powstaje siatka refrakcyjna. Gdy laser przechodzi przez kolimator światłowodowy i wchodzi do ośrodka akustooptycznego, następuje dyfrakcja. Częstotliwość ugiętego światła nakłada częstotliwość ultradźwiękową na pierwotną częstotliwość wejściową lasera. Dostosuj położenie kolimatora światłowodowego, aby zapewnić optymalną pracę modulatora akustyczno-optycznego światłowodu. W tym momencie kąt padania wiązki światła powinien spełniać warunek dyfrakcji Bragga, a tryb dyfrakcji powinien być dyfrakcją Bragga. W tym momencie niemal cała energia światła padającego jest przekształcana w światło dyfrakcyjne pierwszego rzędu.

Pierwszy modulator akutooptyczny AOM jest stosowany na przednim końcu wzmacniacza optycznego systemu, modulując ciągłe światło wejściowe z przedniego końca impulsami optycznymi. Zmodulowane impulsy optyczne trafiają następnie do modułu wzmocnienia optycznego systemu w celu wzmocnienia energii. DrugiModulator akutooptyczny AOMjest używany na tylnym końcu wzmacniacza optycznego i jego funkcją jest izolowanie szumu podstawowego sygnału impulsu optycznego wzmacnianego przez system. Przednie i tylne krawędzie impulsów świetlnych wysyłanych przez pierwszy modulator akutooptyczny AOM są rozłożone symetrycznie. Po wejściu do wzmacniacza optycznego, ze względu na większe wzmocnienie wzmacniacza dla krawędzi natarcia impulsu niż dla krawędzi opadającej, wzmocnione impulsy świetlne będą wykazywać zjawisko zniekształcenia przebiegu, w którym energia jest skoncentrowana na krawędzi natarcia, jak pokazano na rysunku 3. Aby umożliwić systemowi uzyskanie impulsów optycznych o symetrycznym rozkładzie na krawędziach przednich i tylnych, pierwszy modulator akutooptyczny AOM musi obsługiwać modulację analogową. Jednostka sterująca systemem dostosowuje narastające zbocze pierwszego modulatora akutooptycznego AOM, aby zwiększyć narastające zbocze impulsu optycznego modułu akutooptycznego i skompensować nierównomierność wzmocnienia wzmacniacza optycznego na krawędziach przednich i tylnych impulsu.

Wzmacniacz optyczny systemu nie tylko wzmacnia użyteczne sygnały impulsów optycznych, ale także wzmacnia szum bazowy sekwencji impulsów. Aby uzyskać wysoki stosunek sygnału do szumu, zastosowano w światłowodzie funkcję wysokiego współczynnika wygaszania.Modulator AOMsłuży do tłumienia szumu bazowego na tylnym końcu wzmacniacza, zapewniając efektywne przechodzenie impulsów sygnału systemowego w maksymalnym zakresie, jednocześnie zapobiegając przedostawaniu się szumu bazowego do przesłony akustooptycznej w dziedzinie czasu (bramki impulsów w dziedzinie czasu). Zastosowano metodę modulacji cyfrowej, a sygnał poziomu TTL służy do sterowania włączaniem i wyłączaniem modułu akustooptycznego, aby zapewnić, że narastające zbocze impulsu w dziedzinie czasu modułu akustooptycznego odpowiada zaprojektowanemu czasowi narastania produktu (tj. minimalnemu czasowi narastania, jaki produkt może uzyskać), a szerokość impulsu zależy od szerokości impulsu sygnału poziomu TTL systemu.