Τα λέιζερ είναι σημαντικά συστατικά πολλών επιστημονικών και μηχανικών εφαρμογών. Γενικά, τα λέιζερ εκπέμπουν φως μέσω της διαδικασίας οπτικής ενίσχυσης που προκαλείται από τη διέγερση της εκπεμπόμενης ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Η ικανότητα ελέγχου της σταθερότητας της συχνότητας της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας είναι εξαιρετικής σημασίας σε συστήματα οπτικής μετρολογίας ακριβείας, όπως αυτά που χρησιμοποιούνται για αδρανειακή πλοήγηση, για ατομική συμβολόμετρο και για ατομικά ρολόγια με στόχο τη διατήρηση του χρόνου με ακρίβεια για συστήματα παγκόσμιων εντοπισμού θέσης και γεωδαισίας.
Οι τόνοι λέιζερ με σταθερές σχετικές συχνότητες μπορούν να δημιουργηθούν μέσω πολυάριθμων τεχνικών, συμπεριλαμβανομένης της άμεσης σταθεροποίησης της μετατόπισης συχνότητας μεταξύ των λέιζερ, της μετατόπισης της συχνότητας του λέιζερ και του διαχωρισμού μιας δέσμης λέιζερ. Συγκεκριμένα, η χρήση του ρυθμού παρεμβολής για την άμεση σταθεροποίηση της μετατόπισης συχνότητας μεταξύ των λέιζερ έχει προσελκύσει την αυξανόμενη ερευνητική προσοχή επειδή προσφέρει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογής διατηρώντας παράλληλα τη φασματική καθαρότητα των λέιζερ. Τυπικά, ένα πολύ σφιχτό κλείδωμα συχνότητας μπορεί να επιτευχθεί με κλείδωμα φάσης δύο λέιζερ με τη βοήθεια ενός οπτικού beat note. Δυστυχώς, αυτός ο βρόχος κλειδώματος οπτικής φάσης (OPLL) απαιτεί εύρη ζώνης σταθεροποίησης ανάδρασης που είναι σχετικά μεγαλύτερα από τα πλάτη γραμμών των λέιζερ, καθιστώντας τις εφαρμογές τους προκλητικές, ειδικά για συστήματα λέιζερ με διόδου ημιαγωγών.
Σε εφαρμογές που δεν απαιτούν κλείδωμα φάσης, η διάκριση συχνότητας παλμών χρησιμοποιείται για να κατευθύνει και να κλειδώνει τις συχνότητες λέιζερ. Οι συνήθως χρησιμοποιούμενοι διαχωριστές βασίζονται σε διαφορετικές αρχιτεκτονικές, συμπεριλαμβανομένων απλών αρχιτεκτονικών που βασίζονται σε γραμμή καθυστέρησης, αρχιτεκτονικές ψηφιακής μέτρησης, ολοκληρωμένων κυκλωμάτων μετατροπής συχνότητας σε τάση και αρχιτεκτονικών τύπου φίλτρου. Ενώ αυτές οι αρχιτεκτονικές προσφέρουν πλεονεκτήματα λειτουργίας, έχουν διαφορετικά μειονεκτήματα που περιορίζουν τις εφαρμογές τους. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η υλοποίηση αυτών των αρχιτεκτονικών έχει ως αποτέλεσμα μια αντιστάθμιση μεταξύ της σταθερότητας ασφάλισης και του εύρους σύλληψης της κλειδαριάς, οδηγώντας σε πρόσθετους περιορισμούς. Ως εκ τούτου, η ανάπτυξη αποτελεσματικών μεθόδων διάκρισης με βάση τη συχνότητα είναι ιδιαίτερα επιθυμητή.
Για το λόγο αυτό, ο υποψήφιος διδάκτορας Vyacheslav Li, ο Dr. Fritz Diorico και ο καθηγητής Onur Hosten από το Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Αυστρίας ανέπτυξαν μια νέα μέθοδο κλειδώματος με αντιστάθμιση συχνότητας για λέιζερ. Αυτή η νέα μέθοδος βασίστηκε στη διάκριση συχνότητας παλμών χρησιμοποιώντας υβριδικά ηλεκτρονικά φίλτρα LC. Σχεδιάστηκε ειδικά για να αποσυνδέει τη στεγανότητα της κλειδαριάς από το εύρος του εύρους σύλληψης. Η σκοπιμότητα της προτεινόμενης μεθόδου επικυρώθηκε σε ένα σύστημα με δύο μικροσκοπικά λέιζερ διόδου εξωτερικής κοιλότητας 780 nm. Η δουλειά τους αυτή τη στιγμή δημοσιεύεται στο περιοδικό, Εφαρμόστηκε η φυσική αναθεώρηση.
Η ερευνητική ομάδα έδειξε ότι η επίδειξη που παρουσιάστηκε θα μπορούσε να κλειδώσει αποτελεσματικά δύο λέιζερ διόδου ελεύθερης λειτουργίας 780 nm σε μετατόπιση 5,5 GHz μεταξύ τους με εξαιρετικά χαμηλή αστάθεια συχνότητας μετατόπισης 12 Hz σε 10 δευτερόλεπτα κατά μέσο όρο. Επιπλέον, επιτεύχθηκε μακροπρόθεσμη σταθερότητα κάτω από 55 Hz για περισσότερα από 1000 δευτερόλεπτα. Τα αποτελέσματα έδειξαν αστάθεια κλειδώματος offset με βάση χαμηλούς beat-note χωρίς οπτικό κλείδωμα φάσης. Μέσω της αύξησης της συχνότητας μετατόπισης (χρησιμοποιώντας έναν άμεσο ψηφιακό συνθεσάιζερ), αποδείχθηκε συντονισμός λέιζερ άνω των 200 kHz/μs, με εύρος έως και 1 GHz, και επιτεύχθηκε εύρος κλειδώματος σύλληψης 190 MHz. Ένα σήμα σφάλματος με ευρείες ουρές και μια απότομη περιοχή πλάτους 1,8 MHz που δημιουργήθηκε από τον εφαρμοσμένο διαχωριστή συχνότητας είχε ως αποτέλεσμα το μεγάλο εύρος λήψης. Ο θόρυβος λειτουργίας μειώθηκε από τον πλήρως αναλογικό σχεδιασμό του κυκλώματος offset.
Συνοπτικά, οι συγγραφείς ανέφεραν το σχεδιασμό και την εφαρμογή μιας νέας μεθόδου κλειδώματος με αντιστάθμιση συχνότητας. Αυτό το σχήμα προσφέρει το πλεονέκτημα της απόκτησης ενός μόνο σημείου κλειδώματος με αξιοσημείωτα υψηλότερη σταθερότητα κλειδώματος, ευρεία εμβέλεια λήψης και ευρεία δυνατότητα συντονισμού, καθιστώντας το μια πολλά υποσχόμενη πρακτική εφαρμογή για τη σταθεροποίηση και τον συντονισμό σχετικών συχνοτήτων. Σε δήλωση προς Προόδους στη Μηχανικήο καθηγητής Onur Hosten, ο επικεφαλής και ο αντίστοιχος συγγραφέας εξήγησε ότι η νέα μέθοδος κλειδώματος μετατόπισης συχνότητας που παρουσιάστηκε θα επέτρεπε τη δημιουργία ακτίνων λέιζερ με σταθερές και καλά καθορισμένες σχετικές συχνότητες επιθυμητές σε πολλές εφαρμογές.
