اهمية اليزر
إن الأهمية المتزايدة لتطبيقات الاستشعار المتقدمة 1 ، 2 ، 3 ، 4 ، 5 ، 6 ، 7 ، 8 ، 9 ، 10 قد ألهمت استثمارات كبيرة في تقنيات الاستشعار الكمي. أحد المجالات ذات الأهمية الخاصة هو تطوير مجسات بالقصور الذاتي للذرة الباردة بناءً على مقياس تداخل ذرة النبض الضوئي (LPAI) 11 ، 12 ، 13 ، 14 ، 15 ، 16 ، 17 ، باستخدام ارتداد الفوتون من انتقالات رامان المحفزة. تسلسل نبض الضوء لـ LPAIs ، على سبيل المثال ،
، يقسم بشكل متماسك ، ويعيد توجيه ، ويعيد تجميع حزم الموجات الذرية لتداخل موجة المادة ، حيث T هو وقت الاستجواب. خلال هذه العملية ، تكون تحولات الطور التي تمر بها الذرات حساسة لقوى القصور الذاتي ، مما يؤدي إلى هامش تداخل ذري يوفر معلومات التسارع والسرعة الزاوية.
على مدار الثلاثين عامًا الماضية 18 ، 19 ، أظهرت LPAIs حساسية معملية ممتازة 20 ، وتُبذل جهود جادة لتطوير منصة تطبيقات العالم الحقيقي 21 وأجهزة الاستشعار متعددة المحاور 22 ، 23 ، 24 ، 25 . تتراوح تطبيقاتهم من الفيزياء الأساسية 20 و 26 و 27 و 28 و 29 والجيوفيزياء 30 و 31 إلى الهندسة المدنية 32 والملاحة 33 . تم عرض نماذج LPAI المحمولة للأرض30 ، 34 ، البحرية 35 ، والمحمولة جواً 36 ، 37 ، 38 تستخدم في بيئات ميكروغرام إلى <2 غرام ، حيث g هي التسارع بسبب الجاذبية. علاوة على ذلك ، تم اختبار مكثفات بوز-آينشتاين تحت ميكرو جي في صواريخ السبر 39 ومختبر أبحاث يدور حول الأرض 40بهدف إظهار وظائف LPAI. ومع ذلك ، تعيق التحديات الفيزيائية والهندسية الكبيرة حاليًا تطوير مستشعرات بالقصور الذاتي للذرة الباردة قابلة للنشر في البيئات الديناميكية. على سبيل المثال ، من الصعب التأكد في نفس الوقت من أن المستشعر يحافظ على أداء عالٍ في ديناميكيات قصوى وأن عامل الشكل لرأس المستشعر ونظام الليزر يظل مضغوطًا.
تنشأ المفاضلة في عملية LPAI لأن أعلى حساسية يتم تحقيقها من خلال قياس التداخل الذري طويل القاع (يتطلب T طويلاً ) ، ولكن الديناميكيات العالية يمكن أن تؤثر على الحركة النسبية بين الذرات الباردة وأشعة الليزر الاستفهام (على سبيل المثال ، من خلال على المحور التسارع ، والتسارع عبر المحور ، والدوران عبر المحور ، والاهتزاز) وبالتالي يلزم تشغيل LPAI بمعدل بيانات مرتفع للتخفيف من تلك التأثيرات (الأكثر فعالية مع T قصير ). يمكن لنهج وقت الرحلة القصير 41 ، 42 ، 43 إنتاج مقياس تسارع استثنائي يعمل حتى 330 هرتز ، مما يفتح إمكانية تشغيل LPAI في بيئة عالية الجاذبية (على سبيل المثال ، 1.5 إلى 9 جم 44 ، 45 ،46 ) مع حساسية متواضعة تجاه أداء مقياس التسارع العالي (على سبيل المثال ، استقرار التحيز <0.5 ميكروغرام ، عامل القياس <1 جزء في المليون 47 ).
لمواجهة هذه التحديات ، نقدم التقدم في نهج متعدد الأوجه. يحتوي رأس المستشعر الخاص بنا على تصميم ميكانيكي بصري مضغوط يتضمن مكونات بصرية ثابتة وحزم فراغ Ti المخصصة وشرائح شبكية دقيقة التصنيع. تعتمد بنية نظام الليزر لدينا على ليزر بذرة واحدة ومعدلات النطاق الجانبي الأحادي المتعددة (SSBMs) مع تحويل التردد متعدد الإرسال بمرور الوقت ، والذي يتوافق مع (وبالتالي يمكن استبداله) المكونات الضوئية المتكاملة. باستخدام رأس المستشعر ونظام الليزر ، نعرض مصيدة بصرية مغناطيسية مقضب (GMOT) 48 ، 49 ، 50 ، 51 ، 52 ، 53 ، 54 ، 55 ، 56مع شعاع تبريد ليزر واحد ، GMOT ذو معدل بيانات عالي مبرد بالدوبلر (15 μK ، 20 هرتز) ، مقياس تداخل Ramsey مع GMOT ، ومظاهرة أولية لمقياس تسارع الذرة الباردة على أساس GMOT (Δ g / g = 2.0 × 10 6 ، T = 0 - 4.5 مللي ثانية ، 10 هرتز). تم تصميم رأس مستشعر LPAI الخاص بنا لأداء Raman الحساس للدوبلر المضاد للانتشار دون مرآة عاكسة للانعكاس. هذا على عكس معظم أنظمة LPAI 30 ، 34 ، 35 ، 36 ، 38 ، التي تعتمد على مرآة عاكسة للحفاظ على المرحلة بين حزمتين من حزم رامان ، وهو نهج يجعل من الصعب التمييز بين الذرات المنكسرة بشكل معاكس .. يؤدي القضاء على المرآة العاكسة للانعكاس إلى إزالة انحطاط الذرات منخفضة السرعة الموجودة في انعكاس Raman LPAIs 57 ، مما يتيح تشغيل معدل بيانات مرتفع.
لضمان إمكانية عمل LPAI في ظروف ديناميكية عالية ، يجب تصميم نظام الليزر لتحمل مثل هذه الظروف نظرًا لأنه يخضع لديناميكيات مماثلة. لقد بُذلت جهود كبيرة لتطوير أنظمة ليزر مدمجة وقوية 58 ، 59 ، 60 ، 61 ، 62 ، بما في ذلك العروض التوضيحية الأخيرة باستخدام الليزر SSBMs 63 ، 64 ، وأشعة الليزر أحادية البذرة 24 ، 65 ، 66 ، 67. تعتمد العديد من هذه الأنظمة على مكونات منفصلة مع وصلات من الألياف إلى الألياف أو اتصالات المسار البصري للمساحة الخالية (مع حوامل المحاذاة الميكانيكية البصرية) ، مما يحد من قدرتها على تحمل الديناميكيات العالية ويحد بشدة من قابلية التصنيع. قد يوفر التصنيع الإضافي 68 ، 69 أيضًا مسارات نحو تصغير الفراغ ومنصات بصرية قوية.
لزيادة القدرة على التصنيع والأداء إلى أقصى حد باستخدام عامل الشكل الصغير ، نعتقد أن تقنية الدوائر الكهروضوئية المتكاملة (PIC) الدقيقة 70 ، 71 ، 72 ، 73 ، 74 ، 75 ، 76 ، 77 يمكن أن تكون حلاً قويًا وموثوقًا. في جهد آخر من قبل فريقنا ، قمنا بتطوير بنية ليزر PIC لاستخدام الطول الموجي للاتصالات (1560 نانومتر) لتعديل الضوء والتضخيم البصري واستخدام طول موجي مضاعف التردد (780 نانومتر) لمعالجة ذرات Rb ؛ لقد أجرينا عروض توضيحية لمكونات الموافقة المسبقة عن علم الحرجة 70 .
في هذا البحث ، نعرض نظام ليزر ببنية مشابهة للمفهوم القائم على الموافقة المسبقة عن علم باستخدام مكونات تجارية جاهزة (COTS). سيؤدي الجمع بين نهجنا المتوافق مع الموافقة المسبقة عن علم ومعدل البيانات المرتفع GMOT إلى تقليل الحجم والوزن والطاقة (SWaP) لرأس مستشعر LPAI ، وبالتالي يمثل خطوة مهمة نحو نشر أجهزة استشعار بالقصور الذاتي للذرة الباردة والتي قوية ضد الاهتزازات والصدمات والإشعاع.
يمكنك الان ان تابدئي بإزالة الشعر في بيتك من خلال ليزر التبريد لإزالة الشعر بدون مبالغ العيادات المرتفعة وبدون المواعيد الطويلة.
تعليقات
إرسال تعليق