최근 중국과학원(CAS) 상하이 광학 및 정밀 기계 연구소(SIPM)의 우주 및 우주 비행 레이저 기술 및 시스템 부서는 섬유 간섭계 레이저 주파수 안정화 연구에서 중요한 진전을 이루었습니다. 연구팀은 처음으로 편광 보존 섬유의 서로 다른 편광 축을 채택하여 이중 간섭계 주파수 안정화 시스템을 구성했습니다. 이 시스템은 레이저 주파수를 고정하고 서로 다른 장점을 활용하여 섬유 온도로 인한 주파수 변동을 보상하는 데 사용됩니다. 온도에 대한 두 편광 성분의 위상 변이에 대한 반응. 결과는 "PMF 기반 이중 간섭계를 사용하는 온도에 민감하지 않은 FDL 안정화 레이저"라는 제목으로 Optics Letters에 게재되었습니다. 결과는 Optics Letters에 게재되었습니다.
정밀 측정 분야에 극도로 안정화된 레이저를 적용하면 레이저 성능에 대한 요구가 높아지고 있습니다. 광섬유 지연선을 기반으로 한 전체 광섬유 주파수 안정화 레이저는 높은 소형화와 신뢰성, 그리고 빠른 광대역 주파수 튜닝을 달성할 수 있는 능력으로 인해 주목을 받았습니다. 오늘날 이러한 극도로 안정화된 레이저의 단기 주파수 안정성은 주로 섬유의 고유한 열 잡음에 의해 제한되는 반면, 장기 안정성은 온도 변동으로 인해 급격히 저하됩니다. 진공 다층 열 차폐 및 다단계 온도 제어 조치는 온도 교란을 억제하는 데 더 자주 사용되며, 이는 시스템의 복잡성을 증가시켜 주파수 안정화 레이저의 광범위한 적용을 제한하며, 이 문제를 해결하려면 새로운 접근 방식이 시급히 필요합니다.
그림 1. 이중 간섭계 주파수 안정화 레이저의 개략도
바이어스 보존 섬유는 서로 직교하는 두 개의 편광 상태를 갖는 빔을 동시에 전송하고 전송된 빛의 편광 상태를 안정적으로 유지할 수 있습니다. 바이어스 보존 섬유의 빠른 축과 느린 축은 열 광학 계수가 다르기 때문에 온도에 다르게 반응합니다. 팀은 바이어스 보존 섬유의 고속 축과 저속 축을 사용하여 레이저 광을 동시에 전송하고 다양한 매개변수를 갖는 양방향 섬유 간섭계를 형성함으로써 이 특성을 활용했습니다. 레이저 주파수는 간섭계 중 하나에 고정되어 있으며 광섬유 온도의 변동으로 인해 간섭계의 광학 범위가 변경되고, 이는 다시 안정화된 레이저의 주파수에 변동을 일으킵니다. 두 개의 간섭계에서 추출된 위상차 신호는 섬유의 두 편광 방향에서 레이저 전송의 광학 범위 차이의 변동으로 특징지어질 수 있으며, 이는 섬유 경로의 온도 변화와 높은 상관 관계가 있습니다. 추출된 위상차 신호를 사용하여 주파수 안정화 레이저의 주파수 변화를 보상하면 동일한 온도 변동으로 인한 주파수 변동을 25배 이상 억제할 수 있습니다. 이로써 주파수 안정화 레이저의 온도 감도는 광섬유 간섭계 주파수 안정화 레이저는 우주 및 기타 분야의 중력파 탐지에 사용되도록 촉진될 수 있습니다.
그림 2 주파수 안정화 레이저 보상 전후의 주파수 변동(a)과 주파수 안정성(b)
