Недавно Департамент космических и астронавтических лазерных технологий и систем Шанхайского института оптики и точного машиностроения (SIPM) Китайской академии наук (CAS) добился важного прогресса в исследованиях стабилизации частоты лазера на волоконном интерферометре. Впервые исследовательская группа использует различные оси поляризации волокна, сохраняющего поляризацию, для создания двойной системы стабилизации частоты интерферометра, которая используется для блокировки частоты лазера и компенсации колебаний частоты, вызванных температурой волокна, используя преимущества различных реакции фазовых сдвигов двух компонент поляризации на температуру соответственно. Результаты опубликованы в журнале Optics Letters под заголовком «Температурно-нечувствительный лазер со стабилизацией FDL с использованием двойного интерферометра на основе PMF». Результаты были опубликованы в журнале Optics Letters.
Применение ультрастабилизированных лазеров в области прецизионных измерений предъявляет возрастающие требования к производительности лазеров. Полностью волоконные лазеры со стабилизацией частоты на основе волоконных линий задержки привлекли внимание благодаря своей высокой компактности и надежности, а также способности обеспечивать быструю широкополосную перестройку частоты. Сегодня кратковременная стабильность частоты таких ультрастабилизированных лазеров в основном ограничивается собственным тепловым шумом волокна, тогда как долговременная стабильность быстро ухудшается из-за температурных возмущений. Для подавления температурных возмущений все чаще используются вакуумная многослойная теплозащита и меры многоступенчатого температурного контроля, которые увеличивают сложность системы и тем самым ограничивают широкое применение частотно-стабилизированных лазеров, и для решения этой проблемы срочно необходимы новые подходы.
Рис. 1. Принципиальная схема лазера со стабилизацией частоты с двойным интерферометром.
Волокна, сохраняющие смещение, могут одновременно передавать лучи с двумя состояниями поляризации, ортогональными друг другу, и поддерживать стабильное состояние поляризации передаваемого света. Поскольку быстрая и медленная оси волокна, сохраняющего смещение, имеют разные термооптические коэффициенты, они по-разному реагируют на температуру. Команда использовала это свойство, используя быструю и медленную оси сохраняющего смещение волокна для одновременной передачи лазерного света, образуя двусторонний волоконный интерферометр с разными параметрами. Частота лазера привязана к одному из интерферометров, а колебания температуры волокна вызывают изменения оптического диапазона интерферометра, что, в свою очередь, вызывает колебания частоты стабилизированного лазера. Сигналы разности фаз, полученные от двух интерферометров, можно охарактеризовать как флуктуации разности оптических диапазонов передачи лазера в двух направлениях поляризации волокна, которые сильно коррелируют с изменениями температуры на пути волокна. Использование извлеченного сигнала разности фаз для компенсации изменения частоты лазера со стабилизированной частотой может подавить колебания частоты, вызванные теми же колебаниями температуры, более чем в 25 раз. Таким образом, температурная чувствительность лазера со стабилизированной частотой могут быть значительно улучшены, долговременная стабильность частоты может быть улучшена, а лазер со стабилизированной частотой волоконного интерферометра может быть продвинут для использования при обнаружении гравитационных волн в космосе и других полях.
Рисунок 2. Колебания частоты (а) и стабильность частоты (б) до и после компенсации лазера со стабилизацией частоты.
