في الآونة الأخيرة، حقق قسم تكنولوجيا وأنظمة الليزر الفضائية والملاحة الفضائية بمعهد شنغهاي للبصريات والآلات الدقيقة (SIPM)، التابع للأكاديمية الصينية للعلوم (CAS)، تقدمًا مهمًا في أبحاث تثبيت تردد الليزر بمقياس تداخل الألياف. لأول مرة، يعتمد الفريق البحثي محاور استقطاب مختلفة لألياف تحافظ على الاستقطاب لبناء نظام تثبيت تردد مزدوج التداخل، والذي يستخدم لقفل تردد الليزر وتعويض تقلب التردد الناتج عن درجة حرارة الألياف من خلال الاستفادة من اختلاف درجات الحرارة. استجابات تحولات الطور لعنصري الاستقطاب إلى درجة الحرارة، على التوالي. تم نشر النتائج في Optics Letters تحت عنوان "ليزر FDL المستقر لدرجة الحرارة باستخدام مقياس تداخل مزدوج قائم على PMF". تم نشر النتائج في رسائل البصريات.
إن تطبيق أشعة الليزر فائقة الثبات في مجال القياسات الدقيقة يضع متطلبات متزايدة على أداء الليزر. لقد جذبت أجهزة الليزر ذات تردد الألياف بالكامل والتي تعتمد على خطوط تأخير الألياف الانتباه نظرًا لضغطها العالي وموثوقيتها وقدرتها على تحقيق ضبط سريع لتردد النطاق العريض. اليوم، أصبح استقرار التردد على المدى القصير لمثل هذه الليزرات فائقة الثبات محدودًا بشكل أساسي بسبب الضوضاء الحرارية الجوهرية للألياف، في حين أن الاستقرار على المدى الطويل يتدهور بسرعة بسبب اضطرابات درجة الحرارة. غالبًا ما يتم استخدام التدريع الحراري متعدد الطبقات وتدابير التحكم في درجة الحرارة متعددة المراحل لقمع اضطرابات درجة الحرارة، مما يزيد من تعقيد النظام وبالتالي يحد من التطبيق الواسع لليزر المستقر التردد، وهناك حاجة ماسة إلى أساليب جديدة لحل هذه المشكلة.
الشكل 1: رسم تخطيطي لليزر المستقر بتردد التداخل المزدوج
يمكن للألياف المحافظة على الانحياز أن تنقل الحزم في وقت واحد مع حالتي استقطاب متعامدتين مع بعضها البعض وتحافظ على حالة استقطاب الضوء المرسل مستقرة. نظرًا لأن المحاور السريعة والبطيئة للألياف التي تحافظ على الانحياز لها معاملات حرارية بصرية مختلفة، فإنها تستجيب بشكل مختلف لدرجة الحرارة. استغل الفريق هذه الخاصية عن طريق استخدام المحاور السريعة والبطيئة للألياف التي تحافظ على التحيز لنقل ضوء الليزر في وقت واحد، مما يشكل مقياس تداخل ليفي ثنائي الاتجاه بمعلمات مختلفة. يتم ربط تردد الليزر بأحد مقاييس التداخل، وتتسبب التقلبات في درجة حرارة الألياف في حدوث تغييرات في النطاق البصري لمقياس التداخل، والذي بدوره يسبب تقلبات في تردد الليزر المستقر. يمكن وصف إشارات فرق الطور المستخرجة من مقياسي التداخل بأنها تقلبات في فرق المدى البصري لنقل الليزر في اتجاهي استقطاب الألياف، والتي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بتغيرات درجة الحرارة في مسار الألياف. إن استخدام إشارة فرق الطور المستخرجة للتعويض عن تغير تردد الليزر المثبت التردد يمكن أن يمنع تقلب التردد الناجم عن نفس تقلب درجة الحرارة بعامل يزيد عن 25. وبهذه الطريقة، تنخفض حساسية درجة حرارة الليزر المثبت التردد يمكن تحسينها بشكل كبير، ويمكن تعزيز استقرار التردد على المدى الطويل، ويمكن تعزيز الليزر المثبت بتردد مقياس تداخل الألياف لاستخدامه في الكشف عن موجات الجاذبية في الفضاء والمجالات الأخرى.
الشكل 2 تقلب التردد (أ) واستقرار التردد (ب) قبل وبعد تعويض الليزر المثبت التردد
