مُعدِّل صوتي-بصري: تطبيق في خزائن الذرات الباردة

مُعدِّل صوتي بصري: التطبيق في خزائن الذرات الباردة

باعتبارها المكون الأساسي لوصلة الليزر الليفية بالكامل في خزانة الذرات الباردة،مُعدِّل صوتي-بصري للألياف الضوئيةسيوفر هذا النظام ليزرًا عالي القدرة ومستقر التردد لخزانة الذرات الباردة. تمتص الذرات الفوتونات بتردد رنيني v1. ونظرًا لاختلاف زخم الفوتونات والذرات، فإن سرعة الذرات ستنخفض بعد امتصاص الفوتونات، مما يحقق هدف تبريدها. تتميز الذرات المبردة بالليزر بمزايا عديدة، منها طول مدة القياس، والتخلص من انزياح تردد دوبلر والانزياح الناتج عن التصادم، وضعف اقتران مجال ضوء الكشف، مما يُحسّن بشكل كبير دقة قياس الأطياف الذرية، ويمكن استخدامها على نطاق واسع في الساعات الذرية الباردة، ومقاييس التداخل الذرية الباردة، والملاحة الذرية الباردة، وغيرها من المجالات.

يتكون الجزء الداخلي من مُعدِّل الصوت الضوئي AOM ذي الألياف البصرية بشكل أساسي من بلورة صوتية ضوئية ومُجمِّع ألياف بصرية، وغيرها. تؤثر الإشارة المُعدَّلة على المحوّل الكهروإجهادي على شكل إشارة كهربائية (تعديل السعة، أو تعديل الطور، أو تعديل التردد). ومن خلال تغيير خصائص الإدخال، مثل تردد وسعة الإشارة المُعدَّلة، يُمكن تحقيق تعديل تردد وسعة الليزر المُدخَل. يُحوِّل المحوّل الكهروإجهادي الإشارات الكهربائية إلى إشارات فوق صوتية تتغير بنمط ثابت نتيجةً للتأثير الكهروإجهادي، وينشرها في الوسط الصوتي الضوئي. بعد أن يتغير معامل انكسار الوسط الصوتي الضوئي دوريًا، تتشكل شبكة معامل انكسار. عندما يمر الليزر عبر مُجمِّع الألياف ويدخل الوسط الصوتي الضوئي، يحدث حيود. يتراكب تردد الضوء المحيَّد مع تردد الليزر المُدخَل الأصلي، مُشكِّلًا ترددًا فوق صوتي. اضبط موضع مجمع الألياف الضوئية لضمان عمل مُعدِّل الألياف الضوئية الصوتي-البصري بأفضل كفاءة. عندئذٍ، يجب أن تتوافق زاوية سقوط شعاع الضوء مع شرط حيود براغ، وأن يكون نمط الحيود هو حيود براغ. في هذه الحالة، تنتقل معظم طاقة الضوء الساقط إلى ضوء الحيود من الرتبة الأولى.

يُستخدم مُعدِّل الصوت الضوئي الأول (AOM) في الطرف الأمامي لمضخم النظام الضوئي، حيث يقوم بتعديل الضوء الداخل المستمر من الطرف الأمامي باستخدام نبضات ضوئية. ثم تدخل النبضات الضوئية المعدلة إلى وحدة التضخيم الضوئي للنظام لتضخيم الطاقة. أما المُعدِّل الثاني (AOM) فيُستخدم في الطرف الأمامي لمضخم النظام الضوئي، حيث يقوم بتعديل الضوء الداخل المستمر من الطرف الأمامي باستخدام نبضات ضوئية.مُعدِّل صوتي بصري (AOM)يُستخدم هذا الجزء في نهاية المضخم البصري، ووظيفته عزل الضوضاء الأساسية لإشارة النبضة الضوئية المُضخمة بواسطة النظام. تتوزع الحافتان الأمامية والخلفية لنبضات الضوء الخارجة من مُعدِّل الصوت الضوئي الأول (AOM) بشكل متناظر. بعد دخولها إلى المضخم البصري، ونظرًا لأن كسب المضخم للحافة الأمامية للنبضة أعلى من كسبه للحافة الخلفية، ستظهر نبضات الضوء المُضخمة تشوهًا في شكل الموجة حيث تتركز الطاقة عند الحافة الأمامية، كما هو موضح في الشكل 3. ولتمكين النظام من الحصول على نبضات ضوئية ذات توزيع متناظر عند الحافتين الأمامية والخلفية، يحتاج مُعدِّل الصوت الضوئي الأول (AOM) إلى اعتماد التعديل التناظري. تقوم وحدة التحكم في النظام بضبط الحافة الصاعدة لمُعدِّل الصوت الضوئي الأول (AOM) لزيادة الحافة الصاعدة للنبضة الضوئية للوحدة الصوتية الضوئية وتعويض عدم انتظام كسب المضخم البصري عند الحافتين الأمامية والخلفية للنبضة.

لا يقتصر دور المضخم البصري للنظام على تضخيم إشارات النبضات الضوئية المفيدة فحسب، بل يعمل أيضًا على تضخيم الضوضاء الأساسية لتسلسل النبضات. ولتحقيق نسبة إشارة إلى ضوضاء عالية للنظام، تُستخدم خاصية نسبة الانطفاء العالية للألياف الضوئية.مُعدِّل AOMتُستخدم هذه التقنية لكبح الضوضاء الأساسية في الطرف الخلفي للمضخم، مما يضمن مرور نبضات إشارة النظام بكفاءة عالية مع منع الضوضاء الأساسية من دخول مصراع الصوت والضوء في المجال الزمني (بوابة نبضات المجال الزمني). يتم اعتماد طريقة التضمين الرقمي، وتُستخدم إشارة مستوى TTL للتحكم في تشغيل وإيقاف وحدة الصوت والضوء، لضمان أن تكون الحافة الصاعدة لنبضة المجال الزمني للوحدة هي زمن الصعود المصمم للمنتج (أي الحد الأدنى لزمن الصعود الذي يمكن للمنتج تحقيقه)، ويعتمد عرض النبضة على عرض نبضة إشارة مستوى TTL للنظام.