Recentemente, il Dipartimento di tecnologia e sistemi laser spaziali e astronautici dell'Istituto di ottica e macchinari di precisione di Shanghai (SIPM), Accademia cinese delle scienze (CAS), ha compiuto importanti progressi nella ricerca sulla stabilizzazione della frequenza laser dell'interferometro in fibra. Per la prima volta, il gruppo di ricerca adotta diversi assi di polarizzazione di una fibra che preserva la polarizzazione per costruire un sistema di stabilizzazione della frequenza a doppio interferometro, che viene utilizzato per bloccare la frequenza del laser e compensare la fluttuazione di frequenza causata dalla temperatura della fibra sfruttando la diversa risposte degli sfasamenti delle due componenti di polarizzazione alla temperatura, rispettivamente. I risultati sono pubblicati su Optics Letters con il titolo "Laser stabilizzato FDL insensibile alla temperatura utilizzando un doppio interferometro basato su PMF". I risultati sono stati pubblicati su Optics Letters.
L'applicazione di laser ultrastabilizzati nel campo delle misurazioni di precisione pone crescenti esigenze in termini di prestazioni dei laser. I laser stabilizzati in frequenza interamente in fibra basati su linee di ritardo in fibra hanno attirato l'attenzione per la loro elevata compattezza e affidabilità e per la loro capacità di ottenere una rapida sintonizzazione della frequenza a banda larga. Oggi la stabilità della frequenza a breve termine di tali laser ultrastabilizzati è limitata principalmente dal rumore termico intrinseco della fibra, mentre la stabilità a lungo termine si deteriora rapidamente a causa delle perturbazioni della temperatura. La schermatura termica multistrato sotto vuoto e le misure di controllo della temperatura multistadio sono più spesso utilizzate per sopprimere i disturbi della temperatura, che aumentano la complessità del sistema e quindi limitano l'ampia applicazione di laser a frequenza stabilizzata, e sono urgentemente necessari nuovi approcci per risolvere questo problema.
Fig. 1 Diagramma schematico del laser stabilizzato in frequenza con doppio interferometro
Le fibre che preservano il bias possono trasmettere simultaneamente fasci con due stati di polarizzazione ortogonali tra loro e mantenere stabile lo stato di polarizzazione della luce trasmessa. Poiché gli assi veloce e lento di una fibra che preserva la polarizzazione hanno coefficienti termo-ottici diversi, rispondono in modo diverso alla temperatura. Il team ha sfruttato questa proprietà utilizzando gli assi veloci e lenti della fibra che preserva la polarizzazione per trasmettere la luce laser simultaneamente, formando un interferometro in fibra a due vie con parametri diversi. La frequenza del laser è bloccata su uno degli interferometri e le fluttuazioni nella temperatura della fibra causano cambiamenti nel campo ottico dell'interferometro, che a sua volta provoca fluttuazioni nella frequenza del laser stabilizzato. I segnali di differenza di fase estratti dai due interferometri possono essere caratterizzati come fluttuazioni nella differenza del campo ottico della trasmissione laser nelle due direzioni di polarizzazione della fibra, che sono altamente correlate con le variazioni di temperatura nel percorso della fibra. Utilizzando il segnale di differenza di fase estratto per compensare la variazione di frequenza del laser stabilizzato in frequenza è possibile sopprimere la fluttuazione di frequenza causata dalla stessa fluttuazione di temperatura di un fattore superiore a 25. In questo modo, la sensibilità alla temperatura del laser stabilizzato in frequenza può essere significativamente migliorato, la stabilità della frequenza a lungo termine può essere migliorata e il laser stabilizzato in frequenza dell'interferometro in fibra può essere promosso per essere utilizzato nel rilevamento di onde gravitazionali nello spazio e in altri campi.
Figura 2 Fluttuazione di frequenza (a) e stabilità di frequenza (b) prima e dopo la compensazione del laser stabilizzato in frequenza
