ตัวปรับคลื่นเสียงแบบอะคูสโตออปติก: การประยุกต์ใช้ในตู้อะตอมเย็น

ตัวปรับคลื่นเสียงอะคูสติกออปติก:การประยุกต์ใช้ในตู้อะตอมเย็น

เนื่องจากเป็นส่วนประกอบหลักของลิงก์เลเซอร์แบบไฟเบอร์ทั้งหมดในตู้อะตอมเย็นตัวปรับคลื่นเสียงใยแก้วนำแสงจะจัดหาเลเซอร์กำลังสูงที่เสถียรด้วยความถี่สำหรับตู้อะตอมเย็น อะตอมจะดูดซับโฟตอนด้วยความถี่เรโซแนนซ์ v1 เนื่องจากโมเมนตัมของโฟตอนและอะตอมอยู่ในทิศทางตรงกันข้าม ความเร็วของอะตอมจะลดลงหลังจากดูดซับโฟตอน จึงบรรลุวัตถุประสงค์ในการทำให้อะตอมเย็นลง อะตอมที่ระบายความร้อนด้วยเลเซอร์มีข้อดีหลายประการ เช่น เวลาในการตรวจสอบที่ยาวนาน การกำจัดการเลื่อนความถี่ดอปเปลอร์และการเลื่อนความถี่ที่เกิดจากการชนกัน และการเชื่อมต่อที่อ่อนแอของสนามแสงตรวจจับ ช่วยปรับปรุงความสามารถในการวัดสเปกตรัมอะตอมได้อย่างแม่นยำ และสามารถนำไปประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในนาฬิกาอะตอมเย็น อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์อะตอมเย็น และการนำทางอะตอมเย็น รวมถึงสาขาอื่นๆ

ภายในของตัวปรับสัญญาณอะคูสติกออปติก AOM ของใยแก้วนำแสงประกอบด้วยคริสตัลอะคูสติกออปติกและคอลลิเมเตอร์ใยแก้วนำแสง เป็นต้น สัญญาณที่ปรับแล้วจะทำหน้าที่กับตัวแปลงสัญญาณเพียโซอิเล็กทริกในรูปแบบของสัญญาณไฟฟ้า (การมอดูเลตแอมพลิจูด การมอดูเลตเฟส หรือการมอดูเลตความถี่) การเปลี่ยนแปลงคุณลักษณะอินพุต เช่น ความถี่และแอมพลิจูดของสัญญาณที่มอดูเลตอินพุต จะทำให้สามารถมอดูเลตความถี่และแอมพลิจูดของเลเซอร์อินพุตได้ ตัวแปลงสัญญาณเพียโซอิเล็กทริกจะแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นสัญญาณอัลตราโซนิกที่มีการเปลี่ยนแปลงในรูปแบบเดียวกันเนื่องจากปรากฏการณ์เพียโซอิเล็กทริก และแพร่กระจายสัญญาณเหล่านั้นในตัวกลางอะคูสติกออปติก หลังจากดัชนีหักเหของตัวกลางอะคูสติกออปติกเปลี่ยนแปลงเป็นระยะๆ จะเกิดเกรตติงดัชนีหักเห เมื่อเลเซอร์ผ่านตัวปรับสัญญาณไฟเบอร์และเข้าสู่ตัวกลางอะคูสติกออปติก จะเกิดการเลี้ยวเบน ความถี่ของแสงที่เลี้ยวเบนจะซ้อนทับความถี่อัลตราโซนิกบนความถี่เลเซอร์อินพุตเดิม ปรับตำแหน่งของคอลลิเมเตอร์ใยแก้วนำแสงเพื่อให้ตัวปรับคลื่นเสียงใยแก้วนำแสงทำงานในสภาวะที่ดีที่สุด ณ เวลานี้ มุมตกกระทบของลำแสงตกกระทบควรเป็นไปตามเงื่อนไขการเลี้ยวเบนแบบแบรกก์ และโหมดการเลี้ยวเบนควรเป็นแบบการเลี้ยวเบนแบบแบรกก์ ณ เวลานี้ พลังงานเกือบทั้งหมดของแสงตกกระทบจะถูกถ่ายโอนไปยังแสงเลี้ยวเบนลำดับที่หนึ่ง

ตัวปรับสัญญาณออปติก AOM ตัวแรกถูกใช้ที่ส่วนหน้าของเครื่องขยายเสียงออปติกของระบบ โดยจะปรับสัญญาณแสงขาเข้าต่อเนื่องจากส่วนหน้าด้วยพัลส์ออปติก จากนั้นพัลส์ออปติกที่ปรับแล้วจะเข้าสู่โมดูลขยายสัญญาณออปติกของระบบเพื่อขยายพลังงาน ตัวที่สองเครื่องปรับคลื่นเสียงแบบออปติก AOMใช้ที่ปลายด้านหลังของเครื่องขยายสัญญาณออปติคอล และมีหน้าที่แยกสัญญาณรบกวนเบสของสัญญาณพัลส์ออปติคอลที่ขยายโดยระบบ ขอบด้านหน้าและด้านหลังของพัลส์แสงที่ส่งออกโดยมอดูเลเตอร์ออปติคอลออปติก AOM ตัวแรกมีการกระจายแบบสมมาตร หลังจากเข้าสู่เครื่องขยายสัญญาณออปติคอล เนื่องจากค่าเกนของแอมพลิฟายเออร์สำหรับขอบนำของพัลส์สูงกว่าค่าเกนของขอบท้ายของพัลส์ พัลส์แสงที่ถูกขยายจะแสดงปรากฏการณ์การบิดเบือนรูปคลื่น โดยพลังงานจะกระจุกตัวอยู่ที่ขอบนำ ดังแสดงในรูปที่ 3 เพื่อให้ระบบสามารถรับพัลส์ออปติคอลที่มีการกระจายแบบสมมาตรที่ขอบด้านหน้าและด้านหลัง เครื่องมอดูเลเตอร์ออปติคอลออปติก AOM ตัวแรกจำเป็นต้องใช้การมอดูเลตแบบอะนาล็อก หน่วยควบคุมระบบจะปรับขอบขาขึ้นของมอดูเลเตอร์ออปติคอลออปติก AOM ตัวแรกเพื่อเพิ่มขอบขาขึ้นของพัลส์ออปติคอลของโมดูลออปติคอลออปติก และชดเชยความไม่สม่ำเสมอของค่าเกนของแอมพลิฟายเออร์ออปติคอลที่ขอบด้านหน้าและด้านหลังของพัลส์

เครื่องขยายสัญญาณออปติคัลของระบบไม่เพียงแต่ขยายสัญญาณพัลส์ออปติคัลที่มีประโยชน์เท่านั้น แต่ยังขยายสัญญาณรบกวนพื้นฐานของลำดับพัลส์อีกด้วย เพื่อให้ได้อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนของระบบที่สูง คุณสมบัติอัตราส่วนการดับสัญญาณสูงของใยแก้วนำแสงโมดูเลเตอร์ AOMใช้เพื่อระงับสัญญาณรบกวนเบสที่ปลายด้านหลังของเครื่องขยายเสียง ทำให้มั่นใจได้ว่าพัลส์สัญญาณระบบสามารถผ่านได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด ขณะเดียวกันก็ป้องกันไม่ให้สัญญาณรบกวนเบสเข้าสู่ชัตเตอร์อะคูสติกออปติกโดเมนเวลา (เกตพัลส์โดเมนเวลา) มีการใช้วิธีการมอดูเลตแบบดิจิทัล และใช้สัญญาณระดับ TTL เพื่อควบคุมการเปิดและปิดโมดูลอะคูสติกออปติก เพื่อให้แน่ใจว่าขอบขาขึ้นของพัลส์โดเมนเวลาของโมดูลอะคูสติกออปติกเป็นเวลาขาขึ้นที่ออกแบบไว้ของผลิตภัณฑ์ (กล่าวคือ เวลาขาขึ้นขั้นต่ำที่ผลิตภัณฑ์สามารถรับได้) และความกว้างของพัลส์ขึ้นอยู่กับความกว้างของพัลส์ของสัญญาณระดับ TTL ของระบบ