ตัวปรับสัญญาณอะคูสโตออปติก: การประยุกต์ใช้ในตู้อะตอมเย็น

ตัวปรับสัญญาณอะคูสโตออปติก: การประยุกต์ใช้ในตู้อะตอมเย็น

ในฐานะที่เป็นส่วนประกอบหลักของระบบเชื่อมต่อเลเซอร์แบบไฟเบอร์ทั้งหมดในตู้อะตอมเย็นนั้นตัวปรับสัญญาณอะคูสโตออปติกใยแก้วนำแสงจะจัดหาเลเซอร์กำลังสูงที่มีความเสถียรของความถี่สำหรับตู้อะตอมเย็น อะตอมจะดูดซับโฟตอนที่มีความถี่เรโซแนนซ์ v1 เนื่องจากโมเมนตัมของโฟตอนและอะตอมมีทิศทางตรงกันข้าม ความเร็วของอะตอมจะลดลงหลังจากดูดซับโฟตอน ซึ่งจะช่วยให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการทำให้อะตอมเย็นลง อะตอมที่เย็นลงด้วยเลเซอร์ มีข้อดีหลายประการ เช่น เวลาในการตรวจสอบที่ยาวนาน การกำจัดความคลาดเคลื่อนของความถี่แบบดอปเปลอร์และความคลาดเคลื่อนของความถี่ที่เกิดจากการชน และการเชื่อมต่อที่อ่อนแอของสนามแสงตรวจจับ ซึ่งช่วยปรับปรุงความสามารถในการวัดสเปกตรัมของอะตอมได้อย่างแม่นยำ และสามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้อย่างกว้างขวางในนาฬิกาอะตอมเย็น อินเตอร์เฟอโรเมตรอะตอมเย็น และการนำทางอะตอมเย็น เป็นต้น

ภายในของตัวปรับสัญญาณอะคูสโตออปติกแบบใยแก้วนำแสง (AOM) ส่วนใหญ่ประกอบด้วยผลึกอะคูสโตออปติกและตัวรวมลำแสงใยแก้วนำแสง เป็นต้น สัญญาณที่ถูกปรับจะส่งผลต่อตัวแปลงสัญญาณเพียโซอิเล็กทริกในรูปของสัญญาณไฟฟ้า (การปรับแอมพลิจูด การปรับเฟส หรือการปรับความถี่) โดยการเปลี่ยนคุณลักษณะของอินพุต เช่น ความถี่และแอมพลิจูดของสัญญาณที่ถูกปรับ จะทำให้เกิดการปรับความถี่และแอมพลิจูดของเลเซอร์อินพุต ตัวแปลงสัญญาณเพียโซอิเล็กทริกจะแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นสัญญาณอัลตราโซนิกที่เปลี่ยนแปลงในรูปแบบเดียวกันเนื่องจากผลของเพียโซอิเล็กทริก และส่งผ่านสัญญาณเหล่านั้นในตัวกลางอะคูสโตออปติก หลังจากที่ดัชนีหักเหของตัวกลางอะคูสโตออปติกเปลี่ยนแปลงเป็นระยะ จะเกิดเป็นตะแกรงดัชนีหักเหขึ้น เมื่อเลเซอร์ผ่านตัวรวมลำแสงใยแก้วนำแสงและเข้าสู่ตัวกลางอะคูสโตออปติก จะเกิดการเลี้ยวเบน ความถี่ของแสงที่เลี้ยวเบนจะซ้อนทับความถี่อัลตราโซนิกกับความถี่ของเลเซอร์อินพุตเดิม ปรับตำแหน่งของตัวปรับลำแสงใยแก้วนำแสงเพื่อให้ตัวปรับสัญญาณอะคูสติก-ออปติกใยแก้วนำแสงทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด ในขณะนี้ มุมตกกระทบของลำแสงควรเป็นไปตามเงื่อนไขการเลี้ยวเบนของแบร็ก และโหมดการเลี้ยวเบนควรเป็นการเลี้ยวเบนของแบร็ก ในขณะนี้ พลังงานเกือบทั้งหมดของแสงตกกระทบจะถูกถ่ายโอนไปยังแสงเลี้ยวเบนลำดับที่หนึ่ง

ตัวปรับสัญญาณอะคูโตออปติก AOM ตัวแรกถูกใช้ที่ส่วนหน้าของเครื่องขยายสัญญาณแสงของระบบ โดยปรับสัญญาณแสงขาเข้าอย่างต่อเนื่องจากส่วนหน้าด้วยพัลส์แสง จากนั้นพัลส์แสงที่ถูกปรับแล้วจะเข้าสู่โมดูลขยายสัญญาณแสงของระบบเพื่อเพิ่มพลังงาน ตัวที่สองตัวปรับสัญญาณอะคูโตออปติก AOMถูกใช้ที่ส่วนท้ายของเครื่องขยายสัญญาณแสง และหน้าที่ของมันคือการแยกสัญญาณรบกวนพื้นฐานของสัญญาณพัลส์แสงที่ขยายโดยระบบ ขอบด้านหน้าและด้านหลังของพัลส์แสงที่ส่งออกมาจากตัวปรับสัญญาณอะคูสติกออปติก AOM ตัวแรกมีการกระจายแบบสมมาตร หลังจากเข้าสู่เครื่องขยายสัญญาณแสง เนื่องจากอัตราขยายของเครื่องขยายสัญญาณสำหรับขอบด้านหน้าของพัลส์สูงกว่าสำหรับขอบด้านหลังของพัลส์ พัลส์แสงที่ขยายแล้วจะแสดงปรากฏการณ์การบิดเบี้ยวของรูปคลื่นโดยที่พลังงานจะกระจุกตัวอยู่ที่ขอบด้านหน้า ดังแสดงในรูปที่ 3 เพื่อให้ระบบสามารถสร้างพัลส์แสงที่มีการกระจายแบบสมมาตรที่ขอบด้านหน้าและด้านหลัง ตัวปรับสัญญาณอะคูสติกออปติก AOM ตัวแรกจึงจำเป็นต้องใช้การปรับสัญญาณแบบอนาล็อก หน่วยควบคุมระบบจะปรับขอบขาขึ้นของตัวปรับสัญญาณอะคูสติกออปติก AOM ตัวแรกเพื่อเพิ่มขอบขาขึ้นของพัลส์แสงของโมดูลอะคูสติกออปติกและชดเชยความไม่สม่ำเสมอของอัตราขยายของเครื่องขยายสัญญาณแสงที่ขอบด้านหน้าและด้านหลังของพัลส์

เครื่องขยายสัญญาณแสงของระบบไม่เพียงแต่ขยายสัญญาณพัลส์แสงที่มีประโยชน์เท่านั้น แต่ยังขยายสัญญาณรบกวนพื้นฐานของลำดับพัลส์ด้วย เพื่อให้ได้อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนของระบบสูง จึงจำเป็นต้องใช้คุณสมบัติอัตราส่วนการลดทอนสูงของใยแก้วนำแสงตัวปรับสัญญาณ AOMวงจรนี้ใช้เพื่อลดเสียงรบกวนเบสที่ส่วนท้ายของแอมพลิฟายเออร์ ทำให้มั่นใจได้ว่าพัลส์สัญญาณของระบบสามารถผ่านไปได้อย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุด ในขณะเดียวกันก็ป้องกันไม่ให้เสียงรบกวนเบสเข้าสู่ชัตเตอร์อะคูสโตออปติกแบบโดเมนเวลา (ประตูพัลส์โดเมนเวลา) ใช้วิธีการมอดูเลชั่นแบบดิจิทัล และใช้สัญญาณระดับ TTL ในการควบคุมการเปิดและปิดของโมดูลอะคูสโตออปติก เพื่อให้แน่ใจว่าขอบขาขึ้นของพัลส์โดเมนเวลาของโมดูลอะคูสโตออปติกเป็นเวลาขาขึ้นที่ออกแบบไว้ของผลิตภัณฑ์ (เช่น เวลาขาขึ้นขั้นต่ำที่ผลิตภัณฑ์สามารถทำได้) และความกว้างของพัลส์ขึ้นอยู่กับความกว้างของพัลส์ของสัญญาณระดับ TTL ของระบบ