त्सिंगुआ भौतिकी विभाग ने लेजर उच्च आवृत्ति चरण शोर रद्दीकरण प्रौद्योगिकी में महत्वपूर्ण प्रगति की है

1960 में पहले लेजर के जन्म के बाद से, लेजर तकनीक का व्यापक रूप से भौतिकी के विभिन्न क्षेत्रों में उपयोग किया गया है, जैसे कि लेजर संचार, लेजर स्पेक्ट्रोस्कोपी, लेजर कण गैस पेडल और लेजर इंटरफेरोमेट्री। परमाणु और आणविक और प्रकाशीय भौतिकी के प्रायोगिक अध्ययनों में, लेजर का प्रदर्शन सूक्ष्म कणों जैसे परमाणुओं और अणुओं में हेरफेर करने की किसी की क्षमता को निर्धारित करता है। हाल के वर्षों में, क्वांटम विज्ञान और प्रौद्योगिकी के विकास के साथ, लेजर के लिए वैज्ञानिक प्रयोगों की आवश्यकताओं में और सुधार हुआ है। उदाहरण के लिए, परमाणुओं की क्वांटम स्थिति में सटीक रूप से हेरफेर करने और उच्च-सटीक क्वांटम लॉजिक गेट्स को साकार करने के लिए, लोगों को स्थिर निरपेक्ष आवृत्ति और बेहद कम चरण शोर वाले लेजर की आवश्यकता होती है। लेजर की आवृत्ति बहाव को खत्म करने के लिए, तीन भौतिकविदों, रॉबर्ट पाउंड, रोनाल्ड ड्रेवर और जॉन हॉल (संक्षेप में PDH) ने लेजर आवृत्ति को फैब्री-पेरोट ऑप्टिकल गुहा में लॉक करने के लिए मॉड्यूलेशन-डिमॉड्यूलेशन तकनीक पर आधारित एक विधि विकसित की। यह विधि कम आवृत्ति (<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.

चित्र 1 प्रायोगिक उपकरण का योजनाबद्ध आरेख और साथ ही प्रभाव आरेख। (ए) विशिष्ट पीडीएच फीडबैक आवृत्ति स्थिरीकरण उपकरण (सफेद पृष्ठभूमि क्षेत्र) और पीडीएच फीड-फॉरवर्ड चरण शोर रद्दीकरण उपकरण (नीला छायांकित क्षेत्र)। (बी) आउटपुट प्रकाश और सुपर-स्थिर गुहा से प्रेषित प्रकाश के बीच बाहरी अंतर का स्पेक्ट्रम। लाल स्पेक्ट्रम बाहरी स्पेक्ट्रम है जब पीडीएच फीडफॉरवर्ड का उपयोग नहीं किया जाता है, और नीला बाहरी स्पेक्ट्रम है जब पीडीएच फीडफॉरवर्ड का उपयोग किया जाता है।
हाल ही में, त्सिंगुआ विश्वविद्यालय के भौतिकी विभाग में मुंग-कुन चेंग-युली समूह द्वारा लेजर चरण शोर रद्दीकरण के लिए एक नई तकनीक विकसित की गई है, जो मेगाहर्ट्ज रेंज में उच्च आवृत्ति चरण शोर के चार क्रम तक के परिमाण दमन को प्राप्त करती है, जो कि सभी पिछले फीडबैक/फीडफॉरवर्ड-आधारित चरण शोर रद्दीकरण विधियों की तुलना में एक से दो क्रम के परिमाण बेहतर है। यह विधि क्लासिक PDH आवृत्ति स्थिरीकरण तकनीक का एक चतुर विस्तार है। उन्होंने पाया कि जब लेजर आवृत्ति को सुपर-स्थिर गुहा में लॉक करने के लिए PDH फीडबैक का उपयोग किया जाता है, तो शेष त्रुटि संकेत उच्च आवृत्ति क्षेत्र में वास्तविक समय के लेजर चरण बदलाव के समानुपाती होता है। परिणामस्वरूप, उन्होंने लेजर प्रकाश क्षेत्र में देरी करने के लिए मूल PDH प्रौद्योगिकी सेटअप में ऑप्टिकल फाइबर के दस-मीटर सेक्शन को जोड़कर एक नई फीड-फॉरवर्ड योजना का प्रस्ताव दिया, PDH त्रुटि संकेत उत्पादन प्रक्रिया द्वारा पेश किए गए समय विलंब की भरपाई की, और फिर इस PDH सिग्नल को एक इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल क्रिस्टल पर लागू किया जो लेजर चरण शोर को हटाने के लिए प्रकाश क्षेत्र के चरण को मॉड्यूलेट करता है (चित्र 1)।

चित्र 2 PDH फीडफॉरवर्ड विधि के लिए शोर आवृत्ति के साथ चरण शोर रद्दीकरण गुणांक का भिन्नता वक्र। चित्र में लाल बिंदु प्रयोगात्मक मापा डेटा दिखाते हैं, और हरी ठोस रेखा ऑप्टिकल गुहा फ़िल्टरिंग विधि द्वारा चरण शोर रद्दीकरण गुणांक के सैद्धांतिक मूल्य को दर्शाती है।
अनुसंधान दल ने विभिन्न आवृत्तियों पर चरण शोर के लिए पीडीएच फीडफॉरवर्ड विधि के दमन प्रभाव को मापा और पाया कि यह विधि सैद्धांतिक स्पष्टीकरण के साथ 20 मेगाहर्ट्ज तक लेजर चरण शोर को कुशलतापूर्वक दबा सकती है (चित्र 2)। कम आवृत्तियों के लिए, उन्होंने पाया कि फीडफॉरवर्ड विधि ऑप्टिकल कैविटी फ़िल्टरिंग विधि के बराबर है, लेकिन बाद वाले की तरह गंभीर रूप से प्रेषित लेजर शक्ति को सीमित नहीं करती है। उच्च आवृत्तियों के लिए, इलेक्ट्रॉनिक्स के फैलाव प्रभाव को कम करके विधि की प्रभावशीलता को और बढ़ाया जा सकता है। यह उल्लेखनीय है कि इस काम में फीडफॉरवर्ड सिग्नल उत्पन्न करने के लिए त्रुटि संकेतों को बढ़ाने के लिए उपयोग किए जाने वाले सर्किट को टीम के सदस्यों द्वारा विकसित और डिजाइन किया गया था,
समीक्षक ने इस काम पर बहुत अच्छी टिप्पणी की: "पीडीएच तकनीक का इस्तेमाल कई क्षेत्रों में व्यापक रूप से किया जाता है, जिसमें समय-आवृत्ति मेट्रोलॉजी, स्पेक्ट्रोस्कोपी और परमाणु भौतिकी शामिल हैं। मेगाहर्ट्ज आवृत्ति रेंज में लेजर चरण शोर को दबाने के अध्ययन पर बहुत ध्यान दिया गया है और यह कई अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है। इस पेपर में प्रस्तुत सरल तकनीकों के साथ, मेरा मानना ​​है कि इस शोध का व्यापक प्रभाव होगा और फीडफॉरवर्ड योजनाओं के व्यापक उपयोग को बढ़ावा मिल सकता है।" यह शोध 9 जुलाई, 2024 को ऑप्टिक्स जर्नल ऑप्टिका में "पाउंड-ड्रेवर-हॉल फीडफॉरवर्ड: फीडबैक से परे लेजर चरण शोर दमन" शीर्षक के तहत प्रकाशित हुआ था।