Driver for an Acousto-Optic Modulator

Abstract

Mittatekniikan keskus (MIKES) säilyttää metrin realisaatiota jodimolekyylin absorptiospektrin ylihienorakenteeseen stabiloiduissa He-Ne lasereissa, joiden taajuus tunnetaan erittäin pienellä mittausepävarmuudella, Metri realisoidaan mittaamalla jodistabiloidun laserin absoluuttitaajuus optisen taajuuskamman avulla. Absoluuttitaajuus voidaan siirtää muihin lasereihin vertaamalla lasereiden taajuuksia absoluuttisesti mitattuun laseriin. Kahden samaan ylihienorakennekomponenttiin stabiloidun laserin välinen taajuusero on erittäin pieni, joten vertailumittauksen mahdollistamiseksi toisen laserin taajuutta nostetaan tai lasketaan tarkkaan tunnettu määrä akusto-optisen modulaattorin (AOM) avulla.

Tässä työssä suunniteltiin, rakennettiin ja testattiin MIKESin mittanormaalilasereiden keskinaiseen taajuusvertailuun soveltuva akusto-optisen modulaattorin ohjain. Ohjain on 80 MHz:n taajuudelle optimoitu vaihelukitukseen perustuva RF-taajuussyntetisaattori, joka on mikrokontrolleriohjattu ja jolla voidaan syntetisoida käyttäjän valitsema ulostulotaajuus 200 kHz:n resoluutiolla taajuusalueelle 72 - 91 MHz. Ohjaimen tehtävänä on syntetisoida MlKESin vetymaserilta saatavasta 5 MHz:n sinimuotoisesta referenssisignaalista erittäin stabiili sinisignaali akusto-optisen modulaattorin 50 ohmin linjaa~ noin yhden watin teholla.

AOM-ohjaimen taajuusstabiilisuuden karakterisoimiseksi tehtiin kaksi mittausta, joista ensimmäisessä mitattiin aikatason taajuusvaihteluita taajuuslaskurilla ja toisessa mitattiin spektrin vaihekohinatiheyttä. Aikatason taajuusvaihtelu analysoitiin tilastollisesti Allan-varianssimenetelmällä ja tuloksista laskettiin vastaavat spektriset tehotiheydet. Mittaustulosten perusteella todettiin, että matalilla taajuuksilla ulostulon vallitseva kohina on vetymaserin tasaista valkoista kohinaa. Optimoidulla 80 MHz:n ulostulotaajuudella ohjaimen taajuusfluktuaatio on yhden sekunnin integrointiajalla millihertsejä, joten suhteellinen taajuusstabiilisuus käyttötilanteessa on noin 10^-11. Yksipuolisten vaihekohinaspektrien perusteella silmukan rajataajuuden yläpuolella ulostulossa vaikuttaa ainoastaan jännitesäädettävän oskillaattorin vaihekohina.

Työssä toteutettu akusto-optisen modulaattorin ohjain toimi suunnitellulla tavalla. Ohjain mahdollistaa MIKESin jodistabiloitujen mittanonnaalilasereiden taajuusvertailun atomikellojen tarkkuudella.