Akustooptischer ModulatorAnwendung in Kaltatomkammern
Als Kernkomponente der vollständig faseroptischen Laserverbindung im Kaltatomschrank,optischer Faser-akustooptischer ModulatorEin Hochleistungslaser mit Frequenzstabilisierung wird für die Kaltatomkammer bereitgestellt. Die Atome absorbieren Photonen mit der Resonanzfrequenz ν₁. Da der Impuls von Photonen und Atomen entgegengesetzt ist, verringert sich die Geschwindigkeit der Atome nach der Absorption, wodurch die Kühlung der Atome erreicht wird. Lasergekühlte Atome bieten Vorteile wie lange Messzeiten, die Eliminierung von Doppler- und Kollisionsfrequenzverschiebungen sowie eine schwache Kopplung des Detektionslichtfelds. Dadurch wird die Präzision der Messung von Atomspektren deutlich verbessert, und sie finden breite Anwendung in Kaltatomuhren, Kaltatominterferometern und der Kaltatomnavigation.
Das Innere eines optischen Faser-AOM-akustooptischen Modulators besteht im Wesentlichen aus einem akustooptischen Kristall und einem optischen Faserkollimator. Das modulierte Signal wirkt als elektrisches Signal (Amplituden-, Phasen- oder Frequenzmodulation) auf den piezoelektrischen Wandler ein. Durch Änderung der Eingangseigenschaften, wie Frequenz und Amplitude des modulierten Eingangssignals, wird die Frequenz- und Amplitudenmodulation des Eingangslasers erreicht. Der piezoelektrische Wandler wandelt elektrische Signale aufgrund des piezoelektrischen Effekts in Ultraschallsignale um, die sich in einem einheitlichen Muster ändern, und breitet diese im akustooptischen Medium aus. Durch die periodische Änderung des Brechungsindex des akustooptischen Mediums entsteht ein Brechungsindexgitter. Beim Durchgang des Lasers durch den Faserkollimator und beim Eintritt in das akustooptische Medium kommt es zur Beugung. Die Frequenz des gebeugten Lichts überlagert die Frequenz des ursprünglichen Eingangslasers mit einer Ultraschallfrequenz. Justieren Sie die Position des optischen Faserkollimators, um den optimalen Betrieb des akustisch-optischen Fasermodulators zu gewährleisten. Der Einfallswinkel des einfallenden Lichtstrahls muss dabei die Bragg-Bedingung erfüllen, und der Beugungsmodus muss Bragg-Beugung sein. In diesem Zustand wird nahezu die gesamte Energie des einfallenden Lichts in das Beugungslicht erster Ordnung umgewandelt.
Der erste akustooptische Modulator (AOM) befindet sich am Eingang des optischen Verstärkers des Systems und moduliert das kontinuierliche Eingangslicht mit optischen Impulsen. Die modulierten optischen Impulse gelangen anschließend zur Energieverstärkung in das optische Verstärkungsmodul des Systems. Der zweiteAOM akustooptischer ModulatorAm Ende des optischen Verstärkers befindet sich ein Modulator, der das Grundrauschen des vom System verstärkten optischen Pulssignals isoliert. Die Vorder- und Hinterflanke der vom ersten akustooptischen Modulator (AOM) ausgegebenen Lichtpulse sind symmetrisch verteilt. Da die Verstärkung des Verstärkers für die Vorderflanke höher ist als für die Hinterflanke, zeigen die verstärkten Lichtpulse nach dem Eintritt in den optischen Verstärker eine Wellenformverzerrung, bei der sich die Energie an der Vorderflanke konzentriert (siehe Abbildung 3). Um optische Pulse mit symmetrischer Verteilung an Vorder- und Hinterflanke zu erzeugen, muss der erste AOM analog moduliert werden. Die Systemsteuereinheit passt die Anstiegsflanke des ersten AOM an, um die Anstiegsflanke des optischen Pulses des akustooptischen Moduls zu erhöhen und die ungleichmäßige Verstärkung des optischen Verstärkers an Vorder- und Hinterflanke des Pulses zu kompensieren.
Der optische Verstärker des Systems verstärkt nicht nur die nutzbaren optischen Pulssignale, sondern auch das Grundrauschen der Pulsfolge. Um ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis zu erzielen, wird die hohe Extinktion der optischen Faser genutzt.AOM-ModulatorDient der Unterdrückung des Grundrauschens am Ende des Verstärkers und gewährleistet so, dass die Systemsignalimpulse optimal durchgelassen werden, während gleichzeitig verhindert wird, dass Grundrauschen in den akustooptischen Zeitbereichsverschluss (Zeitbereichs-Impulsgatter) gelangt. Es wird ein digitales Modulationsverfahren angewendet, und das TTL-Pegelsignal steuert das Ein- und Ausschalten des akustooptischen Moduls. Dadurch wird sichergestellt, dass die Anstiegsflanke des Zeitbereichsimpulses des akustooptischen Moduls der vom Produkt vorgegebenen Anstiegszeit entspricht (d. h. der minimal erreichbaren Anstiegszeit). Die Impulsbreite hängt von der Impulsbreite des System-TTL-Pegelsignals ab.
Veröffentlichungsdatum: 01.07.2025