W ostatnim czasie Katedra Kosmicznej i Astronautycznej Technologii Laserowej i Systemów Szanghajskiego Instytutu Optyki i Maszyn Precyzyjnych (SIPM) Chińskiej Akademii Nauk (CAS) poczyniła istotne postępy w badaniach nad stabilizacją częstotliwości lasera interferometru światłowodowego. Po raz pierwszy grupa badawcza przyjęła różne osie polaryzacji światłowodu zachowującego polaryzację, aby skonstruować podwójny system stabilizacji częstotliwości interferometru, który służy do blokowania częstotliwości lasera i kompensowania wahań częstotliwości spowodowanych temperaturą włókna poprzez wykorzystanie różnych reakcje przesunięć fazowych dwóch składników polaryzacji odpowiednio na temperaturę. Wyniki opublikowano w Optics Letters pod tytułem „Niewrażliwy na temperaturę laser stabilizowany FDL przy użyciu podwójnego interferometru opartego na PMF”. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Optics Letters.
Zastosowanie ultrastabilizowanych laserów w dziedzinie precyzyjnych pomiarów stawia coraz większe wymagania w stosunku do wydajności laserów. W pełni światłowodowe lasery stabilizowane częstotliwościowo, oparte na światłowodowych liniach opóźniających, przyciągają uwagę ze względu na ich wysoką zwartość i niezawodność oraz zdolność do szybkiego dostrajania częstotliwości szerokopasmowej. Obecnie krótkoterminowa stabilność częstotliwości takich ultrastabilizowanych laserów jest ograniczona głównie przez wewnętrzny szum termiczny włókna, podczas gdy długoterminowa stabilność szybko się pogarsza z powodu zaburzeń temperatury. Aby stłumić zaburzenia temperatury, które zwiększają złożoność systemu, a tym samym ograniczają szerokie zastosowanie laserów ze stabilizacją częstotliwości, coraz częściej stosuje się próżniowe wielowarstwowe osłony termiczne i wielostopniowe środki kontroli temperatury, w związku z czym pilnie potrzebne są nowe podejścia do rozwiązania tego problemu.
Rys. 1 Schemat ideowy lasera stabilizowanego częstotliwością z podwójnym interferometrem
Włókna zachowujące polaryzację mogą jednocześnie przesyłać wiązki o dwóch prostopadłych do siebie stanach polaryzacji i utrzymywać stabilny stan polaryzacji transmitowanego światła. Ponieważ szybkie i wolne osie światłowodu zachowującego polaryzację mają różne współczynniki termooptyczne, reagują one inaczej na temperaturę. Zespół wykorzystał tę właściwość, wykorzystując szybką i wolną oś światłowodu zachowującego polaryzację do jednoczesnej transmisji światła laserowego, tworząc dwukierunkowy interferometr światłowodowy o różnych parametrach. Częstotliwość lasera jest przypisana do jednego z interferometrów, a wahania temperatury światłowodu powodują zmiany w zakresie optycznym interferometru, co z kolei powoduje wahania częstotliwości stabilizowanego lasera. Sygnały różnicy faz uzyskane z dwóch interferometrów można scharakteryzować jako wahania różnicy zakresu optycznego transmisji lasera w dwóch kierunkach polaryzacji światłowodu, które są silnie skorelowane ze zmianami temperatury na ścieżce światłowodu. Wykorzystanie wyodrębnionego sygnału różnicy faz do kompensacji zmian częstotliwości lasera ze stabilizacją częstotliwości może stłumić wahania częstotliwości spowodowane tą samą fluktuacją temperatury ponad 25 razy. W ten sposób czułość lasera ze stabilizacją częstotliwości na temperaturę można znacznie poprawić, można zwiększyć długoterminową stabilność częstotliwości, a laser stabilizowany częstotliwością interferometru światłowodowego można promować do stosowania w wykrywaniu fal grawitacyjnych w przestrzeni kosmicznej i innych polach.
Rysunek 2 Wahania częstotliwości (a) i stabilność częstotliwości (b) przed i po kompensacji lasera stabilizowanego częstotliwością
