Déanann Roinn Fisice Tsinghua Dul Chun Cinn Tábhachtach i dTeicneolaíocht Cealaithe Torainn Chéim Ard-minicíochta Léasair

Ó rugadh an chéad léasair i 1960, tá teicneolaíocht léasair in úsáid go forleathan i réimsí éagsúla na fisice, mar shampla cumarsáid léasair, speictreascópacht léasair, pedals gáis cáithníní léasair agus interferometry léasair. I staidéir thurgnamhach ar fhisic adamhach agus mhóilíneach agus optúil, cinneann feidhmíocht léasair cumas an duine chun cáithníní micreascópacha mar adaimh agus móilíní a ionramháil. Le blianta beaga anuas, le forbairt na heolaíochta agus na teicneolaíochta chandamach, feabhsaíodh ceanglais turgnaimh eolaíocha le haghaidh léasair. Mar shampla, chun staid chandamach na n-adamh a ionramháil go beacht agus geataí loighic chandamach ardchruinneas a bhaint amach, tá léasair ag teastáil ó dhaoine le minicíocht iomlán cobhsaí agus torann céim an-íseal. D'fhonn deireadh a chur le sruth minicíochta léasair, d'fhorbair triúr fisiceoirí, Robert Pound, Ronald Drever, agus John Hall (PDH go gearr), modh bunaithe ar theicníc modhnú-demodulation chun minicíocht léasair a ghlasáil go cuas optúil Fabry-Perot. . Tá an modh thar a bheith éifeachtach chun minicíocht íseal a shochtadh (<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.

Fíor 1 Léaráid scéimreach den fheiste turgnamhach chomh maith leis an léaráid éifeachta. (a) Gléas tipiciúil cobhsaithe minicíochta aiseolais PDH (limistéar cúlra bán) agus feiste cealaithe torainn PDH céime chun tosaigh (limistéar gorm scáthaithe). (b) Speictream na difríochta seachtraí idir an solas aschuir agus an solas tarchurtha ón gcuas sár-chobhsaithe. Is é an speictream dearg an speictream asluiteach nuair nach n-úsáidtear an t-aiseolas PDH, agus is é an gorm an speictream is mó nuair a úsáidtear an t-aiseolas PDH.
Le déanaí, d'fhorbair grúpa Mung-Kun Cheng-Yuli ag Roinn na Fisice, Ollscoil Tsinghua teicníc nua maidir le cealú torainn céim léasair, a ghnóthaíonn suas le ceithre ordú de shochtadh torainn céim ard-minicíochta sa raon MHz. , atá ordú méide amháin nó dhá níos fearr ná na modhanna cealaithe torainn ar fad atá bunaithe ar aischothú/seoladh a rinneadh roimhe seo. Is síneadh cliste é an modh ar an teicníc chobhsaithe minicíochta PDH clasaiceach. Fuair ​​​​siad amach, nuair a bhí aiseolas PDH á úsáid chun minicíocht léasair a ghlasáil go dtí an cuas super-chobhsaithe, go bhfuil an comhartha earráide atá fágtha i gcomhréir leis an athrú céim léasair fíor-ama sa réigiún ard-minicíochta. Mar thoradh air sin, mhol siad scéim nua beathaithe ar aghaidh trí chuid deich méadar de shnáithín optúil a chur leis an mbunús teicneolaíochta PDH chun moill a chur ar an réimse solais léasair, mar chúiteamh ar an moill ama a thug an próiseas giniúna comhartha earráide PDH isteach, agus ansin an comhartha PDH seo a chur i bhfeidhm ar chriostail leictrea-optúil a mhodhnaíonn céim an réimse solais chun torann céim léasair a bhaint (Fíor 1).

Fíor 2 Cuar athraithe comhéifeacht cealaithe torainn céime le minicíocht torainn don mhodh aiseolais PDH. Taispeánann na poncanna dearga san fhigiúr na sonraí tomhaiste turgnamhacha, agus léiríonn an líne soladach glas luach teoiriciúil an chomhéifeacht cealú torainn céim ag an modh scagtha cuas optúil.
Thomhais an fhoireann taighde éifeacht faoi chois an mhodha aiseolais PDH le haghaidh torann céime ag minicíochtaí éagsúla agus fuair siad amach gur féidir leis an modh torann chéim léasair suas le 20 MHz a shochtadh go héifeachtach le míniú teoiriciúil (Fíor 2). I gcás minicíochtaí níos ísle, fuair siad amach go bhfuil an modh beathaithe comhionann leis an modh scagtha cuas optúil, ach ní chuireann sé teorainn chomh mór ar chumhacht léasair tarchurtha leis an dara ceann. Le haghaidh minicíochtaí níos airde, is féidir éifeachtacht an mhodha a fheabhsú tuilleadh trí éifeacht scaipthe na leictreonaice a chaolú. Is fiú a lua gur fhorbair agus dhear baill na foirne na ciorcaid a úsáidtear chun na comharthaí earráide a mhéadú chun comharthaí réamhbhothúcháin a ghiniúint san obair seo, rud a leagann bonn láidir chun an obair a dhéanamh níos mó tóir agus a chur i bhfeidhm.
Luaigh an t-athbhreithneoir go mór an obair seo: "Úsáidtear an teicníc PDH go forleathan i go leor réimsí, lena n-áirítear méadreolaíocht am-minicíochta, speictreascópacht, agus fisic adamhach. Tá go leor aird tugtha ar an staidéar ar thorann chéim léasair a shochtadh i raon minicíochta MHz agus tá sé tábhachtach. I dteannta leis na teicníochtaí simplí a chuirtear i láthair sa pháipéar seo, creidim go mbeidh tionchar leathan ag an taighde seo agus go bhféadfadh sé úsáid fhorleathan na scéimeanna fothaithe a thiomáint.” Foilsíodh an taighde faoin teideal "Pound-Drever-Hall feedforward: cosc ​​torainn céim léasair thar aiseolas" an 9 Iúil, 2024 san iris optaic Optica.