最近、中国科学院 (CAS) 上海光学精密機械研究所 (SIPM) の宇宙宇宙レーザー技術およびシステム部門は、ファイバー干渉計のレーザー周波数安定化の研究において重要な進歩を遂げました。 研究グループは初めて、偏波保持ファイバの異なる偏波軸を採用してデュアル干渉計周波数安定化システムを構築した。このシステムは、異なる偏波軸を利用してレーザ周波数をロックし、ファイバ温度によって引き起こされる周波数変動を補償するために使用される。温度に対する 2 つの偏光成分の位相シフトの応答。 この結果は、「PMF ベースのデュアル干渉計を使用した温度非感受性 FDL 安定化レーザー」というタイトルで Optics Letters に掲載されています。 結果はOptics Lettersに掲載されました。
精密測定の分野における超安定化レーザーの応用により、レーザーの性能に対する要求がますます高まっています。 ファイバー遅延線に基づくオールファイバー周波数安定化レーザーは、その高いコンパクト性と信頼性、および高速広帯域周波数調整を実現する能力により注目を集めています。 現在、このような超安定化レーザーの短期周波数安定性は主にファイバー固有の熱雑音によって制限されており、長期安定性は温度摂動により急速に低下します。 温度外乱を抑制するために、真空多層熱シールドと多段階温度制御手段が使用されることが多くなっていますが、これによりシステムが複雑になり、周波数安定化レーザーの幅広い用途が制限されるため、この問題を解決するには新しいアプローチが緊急に必要とされています。
図1 デュアル干渉計周波数安定化レーザーの概略図
バイアス保存ファイバーは、互いに直交する 2 つの偏光状態のビームを同時に伝送し、伝送される光の偏光状態を安定に保つことができます。 バイアス保存ファイバーの速軸と遅軸は異なる熱光学係数を持っているため、温度に対する反応が異なります。 研究チームは、バイアス保存ファイバーの速軸と遅軸を使用してレーザー光を同時に送信し、異なるパラメーターを持つ双方向ファイバー干渉計を形成することでこの特性を利用しました。 レーザー周波数は干渉計の 1 つに固定されており、ファイバー温度の変動により干渉計の光学範囲が変化し、その結果、安定化レーザーの周波数も変動します。 2 つの干渉計から抽出された位相差信号は、ファイバーの 2 つの偏光方向におけるレーザー伝送の光距離差の変動として特徴付けることができ、これはファイバー経路内の温度変化と高い相関関係があります。 抽出された位相差信号を使用して周波数安定化レーザーの周波数変動を補償すると、同じ温度変動によって引き起こされる周波数変動を 25 倍以上抑制できます。このようにして、周波数安定化レーザーの温度感度が向上します。大幅な改善が可能となり、長期周波数安定性が向上し、ファイバー干渉計周波数安定化レーザーの宇宙やその他の分野での重力波検出への応用が促進されます。
図2 周波数安定化レーザーの補償前後の周波数変動(a)と周波数安定度(b)
