Nylig har Institutt for romfart og astronautisk laserteknologi og -systemer ved Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery (SIPM), Chinese Academy of Sciences (CAS), gjort viktige fremskritt i forskningen på fiberinterferometer-laserfrekvensstabilisering. For første gang tar forskergruppen i bruk forskjellige polarisasjonsakser for en polarisasjonsbevarende fiber for å konstruere et dobbelt interferometer frekvensstabiliseringssystem, som brukes til å låse laserfrekvensen og kompensere frekvenssvingningen forårsaket av fibertemperaturen ved å dra nytte av de forskjellige reaksjoner av faseskiftene til de to polarisasjonskomponentene til henholdsvis temperaturen. Resultatene er publisert i Optics Letters under tittelen "Temperature insensitive FDL-stabilized laser using a PMF-based dual interferometer". Resultatene ble publisert i Optics Letters.
Anvendelsen av ultrastabiliserte lasere innen presisjonsmålinger stiller økende krav til ytelsen til lasere. All-fiber frekvensstabiliserte lasere basert på fiberforsinkelseslinjer har tiltrukket seg oppmerksomhet på grunn av deres høye kompakthet og pålitelighet, og deres evne til å oppnå rask bredbåndsfrekvensinnstilling. I dag er den kortsiktige frekvensstabiliteten til slike ultrastabiliserte lasere hovedsakelig begrenset av den iboende termiske støyen til fiberen, mens den langsiktige stabiliteten forverres raskt på grunn av temperaturforstyrrelser. Vakuum flerlags varmeskjerming og flertrinns temperaturkontrolltiltak brukes oftere for å undertrykke temperaturforstyrrelser, noe som øker kompleksiteten til systemet og dermed begrenser den brede anvendelsen av frekvensstabiliserte lasere, og nye tilnærminger er presserende nødvendig for å løse dette problemet.
Fig. 1 Skjematisk diagram av dobbel interferometer frekvensstabilisert laser
Bias-bevarende fibre kan samtidig overføre stråler med to polarisasjonstilstander ortogonale til hverandre og holde polarisasjonstilstanden til det transmitterte lyset stabil. Siden de raske og langsomme aksene til en forspenningsbevarende fiber har forskjellige termoptiske koeffisienter, reagerer de forskjellig på temperaturen. Teamet utnyttet denne egenskapen ved å bruke de raske og langsomme aksene til den forspenningsbevarende fiberen til å overføre laserlys samtidig, og danne et toveis fiberinterferometer med forskjellige parametere. Laserfrekvensen er låst til et av interferometrene, og fluktuasjoner i fibertemperaturen forårsaker endringer i interferometerets optiske rekkevidde, som igjen gir svingninger i frekvensen til den stabiliserte laseren. Faseforskjellssignalene ekstrahert fra de to interferometrene kan karakteriseres som fluktuasjoner i den optiske rekkeviddeforskjellen til lasertransmisjonen i de to polarisasjonsretningene til fiberen, som er sterkt korrelert med temperaturendringene i fiberbanen. Ved å bruke det ekstraherte fasedifferansesignalet for å kompensere for frekvensvariasjonen til den frekvensstabiliserte laseren kan det undertrykke frekvensfluktuasjonen forårsaket av den samme temperatursvingningen med en faktor på mer enn 25. På denne måten kan temperaturfølsomheten til den frekvensstabiliserte laseren undertrykke kan forbedres betydelig, den langsiktige frekvensstabiliteten kan forbedres, og fiberinterferometerets frekvensstabiliserte laser kan fremmes for bruk i deteksjon av gravitasjonsbølger i verdensrommet og andre felt.
Figur 2 Frekvensfluktuasjon (a) og frekvensstabilitet (b) før og etter kompensasjon av frekvensstabilisert laser
