หนึ่งเลเซอร์คือLaser ที่แคบและมีสัญญาณรบกวนต่ำมากออกแบบมาเพื่อรักษาเสถียรภาพความถี่ที่ยอดเยี่ยมเป็นระยะเวลานาน . เลเซอร์เหล่านี้ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมเพื่อจัดแสดงดริฟท์ความถี่น้อยที่สุด, เสียงรบกวนเฟสต่ำมาก, และsub-hz linewidthsทำให้พวกเขาเป็นเครื่องมือสำคัญในมาตรวิทยาที่มีความแม่นยำ, นาฬิกาอะตอม, สเปกโทรสโกปีที่มีความละเอียดสูง, และเทคโนโลยีควอนตัม.
คำนิยาม
หนึ่ง เลเซอร์เป็นระบบเลเซอร์ด้วยความผันผวนของความถี่โดยทั่วไปต่ำกว่า 1 Hzและความไม่แน่นอนของความถี่เศษส่วนตามลำดับของ10⁻⁻ถึง10⁻⁻ประสบความสำเร็จโดยการล็อคความถี่เลเซอร์เพื่อการขยายตัวต่ำสุด (ULE) โพรงออพติคอล.
ลักษณะสำคัญ
| พารามิเตอร์ | ช่วงค่า |
|---|---|
| linewidth | <1 Hz (sometimes ~10 mHz) |
| เสถียรภาพความถี่ | 10⁻⁻ถึง10⁻⁻⁷ |
| ความยาวคลื่น | 532 nm, 780 nm, 1064 nm, 1550 nm, ฯลฯ . |
| กำลังขับ | โดยทั่วไป 1–100 เมกะวัตต์ |
| พื้นเสียง | ใกล้กับขีด จำกัด เสียงรบกวนจากความร้อนของโพรง |
| วิธีการปรับแต่ง | Piezo, อุณหภูมิหรือการปรับแต่ง AOM/EOM |
| วิธีล็อค | Pound-Drever-Hall (PDH) ไปยังโพรงแสง |
มันทำงานอย่างไร
เลเซอร์ถูกสร้างขึ้นโดยใช้ไฟล์แหล่งที่มาแคบ ๆเช่นเลเซอร์ไดโอดภายนอก (ECDL)หรือเลเซอร์ไฟเบอร์.
ความถี่ของมันคือถูกล็อคอยู่ในโพรง Fabry-Pérotที่มีความถี่สูงทำจากแก้วหรือซิลิกอนผลึกแยกออกจากการสั่นสะเทือนและความผันผวนทางความร้อน .
A ลูปข้อเสนอแนะปรับความถี่เลเซอร์โดยใช้ไฟล์Electro-Optic Modulator (EOM), เพียโซ, หรือการปรับแต่งปัจจุบันเพื่อรักษาเรโซแนนซ์ด้วยโพรง .
เวอร์ชันขั้นสูงดำเนินการในเครื่องดูดฝุ่นและสภาพแวดล้อมที่ควบคุมอุณหภูมิเพื่อให้ถึงความมั่นคงสูงสุด .
ส่วนประกอบของไฟล์ระบบเลเซอร์
| ส่วนประกอบ | การทำงาน |
|---|---|
| แหล่งกำเนิดเลเซอร์ | ECDL, เลเซอร์ไฟเบอร์, TI: Sapphire |
| โพรงอ้างอิง ule | การอ้างอิงความยาวออพติคอลที่มีความเสถียรเป็นพิเศษ |
| ระบบแยก | การสั่นสะเทือนแบบพาสซีฟ/แอคทีฟและการแยกความร้อน |
| ข้อเสนอแนะอิเล็กทรอนิกส์ | ระบบล็อค PDH และคอนโทรลเลอร์ PID |
| หวีความถี่เลเซอร์ (ไม่บังคับ) | เชื่อมโยงความถี่ที่ไม่เหมาะสมกับ RF หรือมาตรฐานออปติคัล |
แอปพลิเคชัน
| สนาม | แอปพลิเคชัน |
|---|---|
| นาฬิกาอะตอมออปติคอล | การอ้างอิงความถี่สำหรับอะตอมเช่น SR, YB |
| คอมพิวเตอร์ควอนตัม | การจัดการและการควบคุม QUBIT |
| ฟิสิกส์พื้นฐาน | การทดสอบสัมพัทธภาพการเปลี่ยนแปลงเวลาของค่าคงที่ |
| สเปกโทรสโกปีที่มีความละเอียดสูง | สเปกโทรสโกปีที่ปราศจาก Doppler, Optical Coherence Tomography |
| LIDAR และหลากหลาย | การตรวจจับที่สอดคล้องกันทางไกล |
| เครื่องตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วง | เลเซอร์อ้างอิงสำหรับ interferometers (e . g ., ligo) |
ข้อดี
| คุณสมบัติ | ผลประโยชน์ |
|---|---|
| เสถียรภาพที่รุนแรง | เหมาะสำหรับมาตรฐานความถี่ที่มีความแม่นยำสูง |
| sub-hz linewidth | ช่วยให้การโต้ตอบที่สอดคล้องกันเป็นเวลานาน |
| เสียงรบกวนต่ำ | จำเป็นสำหรับการวัดควอนตัมและ interferometric |
| การทำซ้ำระยะยาว | ดริฟท์น้อยที่สุดในสภาพห้องปฏิบัติการ |
ความท้าทาย
| ข้อ จำกัด | ผลกระทบ |
|---|---|
| การตั้งค่าขนาดใหญ่และซับซ้อน | ต้องใช้ตารางออปติคัลห้องสูญญากาศ |
| ความไวต่อสิ่งแวดล้อม | ต้องมีการสั่นสะเทือนและการแยกความร้อน |
| ราคาสูง | โพรง ULE และเลนส์ที่กำหนดเองมีราคาแพง |
| การซ่อมบำรุง | จำเป็นต้องมีการจัดตำแหน่งและการสอบเทียบบ่อยครั้ง |
สรุป
| คุณสมบัติ | คำอธิบาย |
|---|---|
| มันคืออะไร | เลเซอร์ด้วย<1 Hz linewidth and ultra-low frequency drift |
| เสถียรโดย | โพรงแสงสูง (ule หรือ cryogenic) |
| ใช้ใน | นาฬิกาออพติคอล, ควอนตัมเทค, มาตรวิทยาที่มีความแม่นยำเป็นพิเศษ |
| เอาท์พุท | linewidth แคบความถี่แสงที่มีความเสถียรสูง |