Adran Ffiseg Tsinghua yn Gwneud Cynnydd Pwysig mewn Technoleg Canslo Sŵn Cam Amledd Uchel Laser

Ers genedigaeth y laser cyntaf ym 1960, mae technoleg laser wedi'i ddefnyddio'n helaeth mewn amrywiol feysydd ffiseg, megis cyfathrebu laser, sbectrosgopeg laser, pedalau nwy gronynnau laser ac interferometreg laser. Mewn astudiaethau arbrofol o ffiseg atomig a moleciwlaidd ac optegol, mae perfformiad laserau yn pennu gallu rhywun i drin gronynnau microsgopig fel atomau a moleciwlau. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, gyda datblygiad gwyddoniaeth a thechnoleg cwantwm, mae gofynion arbrofion gwyddonol ar gyfer laserau wedi'u gwella ymhellach. Er enghraifft, er mwyn trin cyflwr cwantwm atomau yn fanwl gywir a gwireddu gatiau rhesymeg cwantwm manwl uchel, mae angen laserau ar bobl ag amledd absoliwt sefydlog a sŵn cyfnod isel iawn. Er mwyn dileu drifft amlder laserau, datblygodd tri ffisegydd, Robert Pound, Ronald Drever, a John Hall (PDH yn fyr), ddull yn seiliedig ar dechneg modiwleiddio-dadfodwleiddio i gloi amledd laser i geudod optegol Fabry-Perot. . Mae'r dull yn hynod effeithiol wrth atal amledd isel (<100 kHz) phase noise in lasers. However, since it is a technique based on feedback control, it is inevitably limited by the feedback bandwidth, and thus cannot effectively suppress the high-frequency phase noise of the laser. On the other hand, the existing laser high-frequency phase noise elimination method means are more complicated, and there is still much room for improvement in stability and noise suppression.

Ffig. 1 Diagram sgematig o'r ddyfais arbrofol yn ogystal â'r diagram effaith. (a) Dyfais sefydlogi amlder adborth PDH nodweddiadol (ardal cefndir gwyn) a dyfais canslo sŵn cam bwydo ymlaen PDH (ardal glas arlliw). (b) Sbectrwm y gwahaniaeth allanol rhwng y golau allbwn a'r golau a drosglwyddir o'r ceudod uwch-sefydlog. Y sbectrwm coch yw'r sbectrwm allanol pan na ddefnyddir y porthiant PDH, a'r glas yw'r sbectrwm allanol pan ddefnyddir y porthiant PDH.
Yn ddiweddar, datblygwyd techneg newydd ar gyfer canslo sŵn cyfnod laser gan grŵp Mung-Kun Cheng-Yuli yn yr Adran Ffiseg, Prifysgol Tsinghua, sy'n cyflawni hyd at bedwar gorchymyn maint atal sŵn cyfnod amledd uchel yn yr ystod MHz. , sy'n orchymyn maint un i ddau yn well na'r holl adborth blaenorol / dulliau canslo sŵn cyfnod yn seiliedig ar adborth. Mae'r dull yn estyniad clyfar o'r dechneg sefydlogi amlder PDH clasurol. Canfuwyd, wrth ddefnyddio adborth PDH i gloi'r amledd laser i'r ceudod uwch-sefydlog, bod y signal gwall sy'n weddill yn gymesur â'r newid cyfnod laser amser real yn y rhanbarth amledd uchel. O ganlyniad, maent yn cynnig cynllun bwydo ymlaen newydd trwy ychwanegu rhan deg metr o ffibr optegol at y setiad technoleg PDH gwreiddiol i ohirio'r maes golau laser, gan wneud iawn am yr oedi amser a gyflwynwyd gan y broses cynhyrchu signal gwall PDH, a yna cymhwyso'r signal PDH hwn i grisial electro-optegol sy'n modiwleiddio cyfnod y maes golau i gael gwared ar sŵn y cyfnod laser (Ffig. 1).

Ffig. 2 Cromlin amrywiad cyfernod canslo sŵn cyfnod gydag amlder sŵn ar gyfer y dull bwydo ymlaen PDH. Mae'r dotiau coch yn y ffigur yn dangos y data mesuredig arbrofol, ac mae'r llinell solet werdd yn dangos gwerth damcaniaethol y cyfernod canslo sŵn cam gan y dull hidlo ceudod optegol.
Mesurodd y tîm ymchwil effaith atal y dull bwydo ymlaen PDH ar gyfer sŵn cam ar wahanol amleddau a chanfod y gall y dull atal sŵn cyfnod laser hyd at 20 MHz yn effeithlon gydag esboniad damcaniaethol (Ffigur 2). Ar gyfer amleddau is, canfuwyd bod y dull bwydo ymlaen yn cyfateb i'r dull hidlo ceudod optegol, ond nid yw'n cyfyngu'r pŵer laser a drosglwyddir mor ddifrifol â'r olaf. Ar gyfer amleddau uwch, gellir gwella effeithiolrwydd y dull ymhellach trwy gulhau effaith gwasgariad yr electroneg. Mae'n werth nodi bod y cylchedau a ddefnyddir i chwyddo'r signalau gwall i gynhyrchu signalau bwydo ymlaen yn y gwaith hwn wedi'u datblygu a'u dylunio gan aelodau'r tîm, sy'n gosod sylfaen gadarn ar gyfer poblogeiddio a chymhwyso'r gwaith ymhellach.
Gwnaeth yr adolygydd sylwadau uchel ar y gwaith hwn: "Defnyddir y dechneg PDH yn eang mewn sawl maes, gan gynnwys mesureg amledd amser, sbectrosgopeg, a ffiseg atomig. Mae'r astudiaeth o atal sŵn cyfnod laser yn ystod amledd MHz wedi cael llawer o sylw ac mae'n bwysig. ar gyfer nifer o gymwysiadau. Cyhoeddwyd yr ymchwil o dan y teitl "Pound-Drever-Hall feedforward: atal sŵn cyfnod laser y tu hwnt i adborth" ar Orffennaf 9, 2024 yn y cyfnodolyn opteg Optica.