Modulador acusto-óptico: Aplicação em câmaras de átomos frios

Modulador acusto-ópticoAplicação em câmaras de átomos frios

Como componente central do enlace laser totalmente em fibra no gabinete de átomos frios, omodulador acusto-óptico de fibra ópticaO sistema fornecerá um laser de alta potência com frequência estabilizada para o gabinete de átomos frios. Os átomos absorverão fótons com uma frequência de ressonância de v1. Como o momento dos fótons e dos átomos é oposto, a velocidade dos átomos diminuirá após a absorção dos fótons, atingindo assim o objetivo de resfriá-los. Os átomos resfriados a laser, com suas vantagens como longo tempo de sondagem, eliminação do deslocamento de frequência Doppler e do deslocamento de frequência causado por colisão, e acoplamento fraco do campo de luz de detecção, melhoram significativamente a capacidade de medição precisa de espectros atômicos e podem ser amplamente aplicados em relógios atômicos frios, interferômetros atômicos frios e navegação atômica fria, entre outros campos.

O interior de um modulador acusto-óptico de fibra óptica (AOM) consiste principalmente em um cristal acusto-óptico e um colimador de fibra óptica, entre outros componentes. O sinal modulado atua sobre o transdutor piezoelétrico na forma de um sinal elétrico (modulação de amplitude, modulação de fase ou modulação de frequência). Ao alterar as características de entrada, como a frequência e a amplitude do sinal modulado, obtém-se a modulação de frequência e amplitude do laser de entrada. O transdutor piezoelétrico converte os sinais elétricos em sinais ultrassônicos que variam no mesmo padrão devido ao efeito piezoelétrico e os propaga no meio acusto-óptico. Após a variação periódica do índice de refração do meio acusto-óptico, forma-se uma grade de índice de refração. Quando o laser passa pelo colimador de fibra e entra no meio acusto-óptico, ocorre a difração. A frequência da luz difratada sobrepõe-se à frequência original do laser de entrada, resultando em uma frequência ultrassônica. Ajuste a posição do colimador de fibra óptica para que o modulador acusto-óptico de fibra óptica funcione da melhor maneira possível. Nesse momento, o ângulo de incidência do feixe de luz deve satisfazer a condição de difração de Bragg, e o modo de difração deve ser a difração de Bragg. Assim, quase toda a energia da luz incidente é transferida para a luz difratada de primeira ordem.

O primeiro modulador acusto-óptico (AOM) é usado na entrada do amplificador óptico do sistema, modulando a luz contínua de entrada com pulsos ópticos. Os pulsos ópticos modulados entram então no módulo de amplificação óptica do sistema para amplificação de energia. O segundoModulador acusto-óptico AOMé utilizado na extremidade posterior do amplificador óptico e sua função é isolar o ruído de base do sinal de pulso óptico amplificado pelo sistema. As bordas de subida e de descida dos pulsos de luz emitidos pelo primeiro modulador acusto-óptico (AOM) são distribuídas simetricamente. Após entrar no amplificador óptico, devido ao ganho do amplificador para a borda de subida do pulso ser maior do que para a borda de descida, os pulsos de luz amplificados apresentarão um fenômeno de distorção da forma de onda, onde a energia se concentra na borda de subida, como mostrado na Figura 3. Para permitir que o sistema obtenha pulsos ópticos com distribuição simétrica nas bordas de subida e de descida, o primeiro modulador acusto-óptico (AOM) precisa adotar modulação analógica. A unidade de controle do sistema ajusta a borda de subida do primeiro modulador acusto-óptico (AOM) para aumentar a borda de subida do pulso óptico do módulo acusto-óptico e compensar a não uniformidade do ganho do amplificador óptico nas bordas de subida e de descida do pulso.

O amplificador óptico do sistema não apenas amplifica os sinais de pulso óptico úteis, mas também amplifica o ruído de base da sequência de pulsos. Para alcançar uma alta relação sinal-ruído do sistema, é necessário aproveitar a alta taxa de extinção característica da fibra óptica.modulador AOMÉ utilizado para suprimir o ruído de base na extremidade traseira do amplificador, garantindo que os pulsos de sinal do sistema possam passar com a máxima eficácia, ao mesmo tempo que impede que o ruído de base entre no obturador acusto-óptico no domínio do tempo (porta de pulso no domínio do tempo). O método de modulação digital é adotado e o sinal de nível TTL é usado para controlar o ligar e desligar do módulo acusto-óptico, garantindo que a borda de subida do pulso no domínio do tempo do módulo acusto-óptico seja o tempo de subida projetado do produto (ou seja, o tempo de subida mínimo que o produto pode obter), e a largura do pulso depende da largura do pulso do sinal de nível TTL do sistema.