音響光学変調器：冷却原子キャビネットへの応用

音響光学変調器: 冷原子キャビネットへの応用

冷原子キャビネット内の全ファイバーレーザーリンクの中核部品として、光ファイバ音響光学変調器冷原子キャビネットに高出力周波数安定化レーザーを提供します。原子は共鳴周波数v1の光子を吸収します。光子と原子の運動量は反対であるため、光子を吸収した後、原子の速度が低下し、原子冷却の目的を達成します。レーザー冷却原子は、長いプローブ時間、ドップラー周波数シフトと衝突による周波数シフトの除去、検出光場の弱い結合などの利点があり、原子スペクトルの精密測定能力を大幅に向上させ、冷原子時計、冷原子干渉計、冷原子ナビゲーションなどの分野に広く応用できます。

光ファイバAOM音響光学変調器の内部は、主に音響光学結晶と光ファイバコリメータなどで構成されています。変調信号は電気信号（振幅変調、位相変調、周波数変調）の形で圧電トランスデューサに作用します。入力変調信号の周波数や振幅などの入力特性を変化させることで、入力レーザーの周波数変調と振幅変調を実現します。圧電トランスデューサは、電気信号を圧電効果により同一パターンで変化する超音波信号に変換し、音響光学媒体中を伝搬します。音響光学媒体の屈折率が周期的に変化することで、屈折率格子が形成されます。レーザーが光ファイバコリメータを通過して音響光学媒体に入ると、回折が発生します。回折光の周波数は、元の入力レーザー周波数に超音波周波数を重畳します。光ファイバコリメータの位置を調整することで、光ファイバ音響光学変調器が最適な状態で動作します。このとき、入射光ビームの入射角はブラッグ回折条件を満たし、回折モードはブラッグ回折となる必要があります。このとき、入射光のエネルギーのほぼすべてが一次回折光に移行します。

最初のAOM音響光学変調器は、システムの光増幅器の前端で使用され、前端からの連続入力光を光パルスで変調します。変調された光パルスは、システムの光増幅モジュールに入り、エネルギー増幅を行います。2番目のAOM音響光学変調器は、AOM音響光学変調器は光増幅器のバックエンドで使用され、その機能はシステムによって増幅された光パルス信号のベースノイズを分離することです。第1のAOM音響光学変調器から出力される光パルスの前後のエッジは対称的に分布しています。光増幅器に入った後、増幅器のパルス前縁の利得がパルス後縁の利得よりも高いため、図3に示すように、増幅された光パルスは前縁にエネルギーが集中する波形歪み現象を示します。システムが前縁と後縁で対称的な分布を持つ光パルスを得るには、第1のAOM音響光学変調器でアナログ変調を採用する必要があります。システム制御部は、第1のAOM音響光学変調器の立ち上がりエッジを調整して音響光学モジュールの光パルスの立ち上がりエッジを増加させ、パルスの前縁と後縁における光増幅器の利得不均一性を補償します。

システムの光増幅器は、有用な光パルス信号を増幅するだけでなく、パルス列のベースノイズも増幅します。高いシステム信号対雑音比を実現するために、光ファイバの高い消光比特性が利用されています。AOM変調器増幅器後端のベースノイズを抑制するために利用され、システム信号パルスが最大限に効果的に通過することを保証すると同時に、ベースノイズが時間領域音響光学シャッター（時間領域パルスゲート）に入るのを防ぎます。デジタル変調方式を採用し、TTLレベル信号で音響光学モジュールのオン/オフを制御することで、音響光学モジュールの時間領域パルスの立ち上がりエッジが製品の設計立ち上がり時間（つまり、製品が実現できる最小の立ち上がり時間）になるようにし、パルス幅はシステムTTLレベル信号のパルス幅に依存します。