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: 冷却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コンポーネントとして、光ファイバー音響光学変調器冷却原子キャビネットには、高出力周波数安定化レーザーが供給されます。原子は共振周波数v1の光子を吸収します。光子と原子の運動量は逆であるため、光子を吸収した後、原子の速度は低下し、原子の冷却が実現されます。レーザー冷却原子は、プローブ時間が長い、ドップラー周波数シフトや衝突による周波数シフトが解消される、検出光場の結合が弱いといった利点を持ち、原子スペクトルの精密測定能力を大幅に向上させ、冷却原子時計、冷却原子干渉計、冷却原子航法など、幅広い分野に応用できます。

光ファイバー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ーコリメータなどで構成されています。変調された信号は、電気信号（振幅変調、位相変調、または周波数変調）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が実現されます。圧電トランスデューサは、圧電効果により電気信号を同じ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させます。音響光学媒体の屈折率が周期的に変化すると、屈折率格子が形成されます。レーザーがファイバー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。光ファイバーコリメータの位置を調整することで、光ファイバー音響光学変調器が最適な状態で動作するようになります。この場合、入射光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でなければなりません。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伝達されます。

最初のAOM音響光学変調器は、システムの光増幅器のフロントエンドで使用され、フロントエンド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、エネルギー増幅のためにシステムの光増幅モジュールに入力されます。2番目のAOMは、システムの光増幅器のフロントエンドで使用されます。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基本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フロントエッジとバックエッジは対称的に分布しています。光増幅器に入力された後、パルスのリーディングエッジに対する増幅器のゲインがパルスのトレーリングエッジに対するゲインよりも高いため、増幅された光パルスは、図３に示すように、リーディングエッジにエネルギーが集中する波形歪み現象を示します。システムがフロントエッジとバックエッジで対称的に分布した光パルスを得られるようにするために、第１のAOM音響光学変調器はアナログ変調を採用する必要があります。システム制御ユニットは、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、パルスのフロントエッジとバックエッジにおける光増幅器のゲインの不均一性を補償します。

システム内の光増幅器は、有用な光パルス信号を増幅するだけでなく、パルス列の基本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、光ファイバーの高い消光比特性が利用されます。AOM変調器アンプ後端のベースノイズを抑制するために使用され、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）に侵入するのを防ぎながら、システム信号パルスが最大限に効果的に通過できるようにします。デジタル変調方式を採用し、TTLレベル信号を使用して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（すなわち、製品が実現できる最小立ち上がり時間）となるようにし、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。