ความก้าวหน้าครั้งใหม่ในด้านต่างๆตัวปรับแต่ง LiNbO3
เมื่อเร็วๆ นี้ นักวิจัยชาวจีนได้เผยแพร่สิทธิบัตรสิ่งประดิษฐ์หลักเกี่ยวกับเทคโนโลยีการล็อกความถี่เลเซอร์ PDH ระบบล็อกความถี่เลเซอร์ PDH นี้ใช้ SOA (Semiconductor Optical Amplifier) แบบไม่เชิงเส้นในการสร้างแถบข้าง สิทธิบัตรนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อแก้ไขปัญหาสำคัญหลายประการในระบบล็อกความถี่เลเซอร์ PDH (Pound-Drever-Hall) แบบดั้งเดิม เนื่องจากการใช้ลิเธียมไนโอเบต (LiNbO3 modulator) และสารอื่นๆตัวปรับสัญญาณอิเล็กโทรออปติก.
1. ปัญหาหลักของวิธีการแก้ปัญหาแบบดั้งเดิม ได้แก่:
1.1 ต้นทุนสูงและโครงสร้างซับซ้อน: อุปกรณ์ปรับสัญญาณแสงไฟฟ้าแบบดั้งเดิมต้องใช้วงจรขับคลื่นวิทยุและวงจรไบแอสที่ซับซ้อน
1.2 ความไวต่อสิ่งแวดล้อม: ไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและความเครียด มีแนวโน้มที่จะเกิดความผิดปกติของสถานะโพลาไรเซชัน
1.3 ผลกระทบจากการปรับความกว้างของสัญญาณตกค้าง (Residual Amplitude Modulation: RAM): ผลกระทบนี้ทำให้เกิดค่าไบแอส DC ของสัญญาณผิดพลาด ส่งผลให้จุดล็อคเลเซอร์เลื่อน และส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อเสถียรภาพในระยะยาวของระบบ
2. แนวทางแก้ไขที่เป็นนวัตกรรมใหม่ที่ทีมวิจัยเสนอมีดังนี้:
ละทิ้งตัวปรับสัญญาณไฟฟ้าเชิงแสงแบบดั้งเดิมโดยสิ้นเชิง และนำการออกแบบแบบร่วมมือกันมาใช้เครื่องขยายสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์(เครื่องขยายสัญญาณ SOA) รวมกับตัวเปลี่ยนความถี่อะคูสโตออปติกแบบสองเส้นทาง หลักการทำงานเฉพาะคือ: หลังจากแยกเลเซอร์ต้นกำเนิดแล้ว จะถูกเปลี่ยนความถี่อย่างแม่นยำโดยตัวเปลี่ยนความถี่อะคูสโตออปติกแบบสองเส้นทางสองตัว ทำให้เกิดความแตกต่างของความถี่ จากนั้นเส้นทางแสงทั้งสองจะถูกรวมเข้าด้วยกันและฉีดเข้าไปในเครื่องขยายสัญญาณ SOA ในสภาวะอิ่มตัวของการขยาย โดยใช้ประโยชน์จากผลกระทบที่ไม่เป็นเชิงเส้น เช่น การผสมคลื่นสี่คลื่น (FWM) ของแอมพลิฟายเออร์ SOAสัญญาณมัลติไซด์แบนด์ที่จำเป็นสำหรับการล็อกความถี่ PDH นั้นถูกสร้างขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพ
3. เทคโนโลยีนี้มอบข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพที่เหนือกว่าอย่างเห็นได้ชัดดังต่อไปนี้:
3.1 การแก้ไขปัญหา RAM และการบรรลุเสถียรภาพระยะยาวที่สูงมาก: อุปกรณ์ขยายสัญญาณ SOA (โดยปกติอยู่ในแพ็คเกจแบบผีเสื้อ) ผสานรวมการควบคุมอุณหภูมิและมีความไวต่อการรบกวนจากสิ่งแวดล้อมต่ำมาก ซึ่งช่วยหลีกเลี่ยงปัญหา RAM จากกลไกทางกายภาพและบรรลุความแม่นยำในการล็อคความยาวโพรงที่ดีกว่า 5×10⁻¹¹/วัน
3.2 การจับคู่แถบข้างที่แม่นยำ ช่วยปรับปรุงอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนอย่างมีนัยสำคัญ: ด้วยการควบคุมปริมาณการเลื่อนของตัวเปลี่ยนความถี่อะคูสโตออปติกแบบสองเส้นทาง (100 MHz – 200 MHz) สองตัวอย่างอิสระโดยใช้ออสซิลเลเตอร์ควบคุมแรงดันไฟฟ้า (VCO) สองตัว ช่วงความถี่ของแถบข้างที่สร้างขึ้นสามารถจับคู่ได้อย่างสมบูรณ์แบบกับช่วงสเปกตรัมอิสระ (FSR) ของโพรงอ้างอิง ซึ่งจะช่วยปรับปรุงอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนของสัญญาณผิดพลาดได้อย่างมาก
3.3 ลดต้นทุนและปรับปรุงประสิทธิภาพ เอื้อต่อการย่อขนาดระบบ: โดยไม่ต้องใช้ตัวปรับสัญญาณไฟฟ้าเชิงแสงที่มีราคาแพงและวงจรที่ซับซ้อน เครื่องขยายสัญญาณแสง SOA ต้องการเพียงแค่การขับกระแสไฟฟ้าอย่างง่าย ทำให้ระบบโดยรวมมีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น ต้นทุนต่ำลง และเหมาะสมยิ่งขึ้นสำหรับการใช้งานเลเซอร์ที่มีความแม่นยำสูงภายนอกอาคารและการย่อขนาด
3.4 โอกาสในการประยุกต์ใช้งานในวงกว้างและความต้องการของตลาดสำหรับเทคโนโลยีนี้ ได้แก่:
นาฬิกาแสงสำหรับอวกาศและยานพาหนะ: คุณสมบัติป้องกันการรบกวนของนาฬิกาเหล่านี้ตรงตามข้อกำหนดของอุตสาหกรรมอวกาศและยานไร้คนขับอย่างสมบูรณ์แบบ
เครื่องวัดความโน้มถ่วงควอนตัมและเครื่องวัดการแทรกสอดอะตอมเย็น: สามารถใช้สำหรับการสำรวจทางธรณีวิทยาที่มีความแม่นยำสูงและการนำทางใต้น้ำ
การตรวจจับด้วยใยแก้วนำแสงลำดับสูงและเรดาร์แบบอาร์เรย์เฟสที่สอดคล้องกัน (LiDAR): สามารถให้แหล่งกำเนิดแสงอ้างอิงที่มีความกว้างของเส้นสเปกตรัมแคบมากและปราศจากการเลื่อน
ภายใต้กระแสการปฏิวัติควอนตัมระดับโลกครั้งที่สองและการย่อขนาดของเซ็นเซอร์ควอนตัม ความต้องการของตลาดสำหรับโมดูลเลเซอร์ที่มีการควบคุมอัตโนมัติ ต้นทุนต่ำ และความเสถียรของความถี่ได้เพิ่มขึ้นอย่างมาก และเทคโนโลยีที่ได้รับสิทธิบัตรนี้ตอบสนองแนวโน้มของตลาดนี้ได้อย่างแม่นยำ
วันที่เผยแพร่: 14 พฤษภาคม 2569