Оптические стандарты частоты

Большая Советская Энциклопедия. Статьи для написания рефератов, курсовых работ, научные статьи, биографии, очерки, аннотации, описания.


А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я 1 2 3 4 8 A L M P S T X
ОА ОБ ОВ ОГ ОД ОЖ ОЗ ОИ ОЙ ОК ОЛ ОМ ОН ОО ОП ОР ОС ОТ ОУ ОФ ОХ ОЦ ОЧ ОШ ОЩ ОЯ
ОПА
ОПЕ
ОПЁ
ОПИ
ОПЛ
ОПО
ОПП
ОПР
ОПС
ОПТ
ОПУ
ОПЫ
ОПЬ

Оптические стандарты частоты, квантовые стандарты частоты оптического диапазона. Оптические стандарты частоты по сравнению с квантовыми стандартами частоты радиодиапазона имеют важные преимущества: более высокую стабильность частоты ~10–13, а в перспективе ~10–15 – 10–16 (в диапазоне СВЧ — 10–12); возможность создания в одном приборе эталонов частоты (т. е. времени) и длины (интерферометрические измерения длины волны).

  Основным элементом Оптические стандарты частоты является газовый лазер (2 на рис. 1), работающий в спец. режиме, который позволяет выделять из относительно широкой спектральной линии (см. Ширина спектральных линии) чрезвычайно узкие пики, фиксирующие положение вершины спектральной линии n0 (центральной частоты перехода). Спектральные линии газа в оптическом диапазоне из-за Доплера эффекта имеют тонкую структуру. Они состоят из смещённых линий однородной ширины, излучаемых отдельными атомами (рис. 2). В слабых световых полях эта структура не проявляется. В мощных же полях происходит избирательное поглощение энергии частицами, обладающими определённой скоростью, в результате чего в контуре спектральной линии «выжигаются» узкие провалы (минимумы мощности излучения) с шириной Г, равной однородной ширине линии (рис. 3). Т. к. в резонаторе лазера распространяются 2 волны, бегущие навстречу друг другу, то каждая из них резонансно поглощается «своей» группой атомов, отличающихся.знаком проекции скорости на ось резонатора: ±k, где k = с (nn0)/n0. Поэтому в спектральной линии выжигаются 2 провала. Только если генерация лазера возбуждается на частоте резонатора, соответствующей вершине спектральной линии n0, обе бегущие волны поглощаются одними и теми же частицами и 2 провала сливаются в 1 (рис. 4).

Рис. 1. Схема оптического стандарта частоты с гелий-неоновым лазером и поглощающей ячейкой: 1 — зеркала оптического резонатора; 2 — ячейка лазера с активным газом; 3 — ячейка с поглощающим газом; 4 — приёмник излучения; 5 — система обратной связи. Оптические стандарты частоты.

Рис. 1. Схема оптического стандарта частоты с гелий-неоновым лазером и поглощающей ячейкой: 1 — зеркала оптического резонатора; 2 — ячейка лазера с активным газом; 3 — ячейка с поглощающим газом; 4 — приёмник излучения; 5 — система обратной связи.

Рис. 2. Структура спектральной линии газа в оптическом диапазоне: 1 — линии однородной ширины Г, излучаемые отдельными атомами и смещённые из-за эффекта Доплера; 2 — контур спектральной линии газа; 3 — резонансная кривая резонатора; <span style='font-family:Symbol;layout-grid-mode:line'>n</span><sup>0</sup> — собственная частота резонатора; <span style='font-family:Symbol;layout-grid-mode:line'>n</span><sup>0</sup> — частота, соответствующая вершине спектральной линии. Оптические стандарты частоты.

Рис. 2. Структура спектральной линии газа в оптическом диапазоне: 1 — линии однородной ширины Г, излучаемые отдельными атомами и смещённые из-за эффекта Доплера; 2 — контур спектральной линии газа; 3 — резонансная кривая резонатора; n0 — собственная частота резонатора; n0 — частота, соответствующая вершине спектральной линии.

Рис. 3. «Выжигание провалов» в контуре спектральной линии. Оптические стандарты частоты.

Рис. 3. «Выжигание провалов» в контуре спектральной линии.

Рис. 4. Слияние двух провалов в один. Оптические стандарты частоты.

Рис. 4. Слияние двух провалов в один.

  Этот эффект, обнаруженный в 1962—63 американскими учёными У. Ю. Лэмбом и У. Р. Беннеттом, дал возможность принять в качестве репера частоты частоту генерации лазера, «привязанную» к частоте n0 квантового перехода не по доплеровской ширине (2 на рис. 2), а по однородной ширине Г линии, что даёт точность ~10–10 – 10–11. Однако эта точность не была бы достигнута, если бы не был ослаблен эффект смещения (сдвиг) спектральной линии, обусловленный соударениями частиц газа между собой, что возможно при уменьшении давления. Для этого в резонатор лазера вводится ячейка с поглощающим газом (3 на рис. 1). Если при изменении частоты генерации в центре спектральной линии излучения появляется минимум мощности (рис. 4), то в центре линии поглощения этот же эффект приводит к максимуму мощности той же однородной ширины Г (рис. 5, а). Благодаря низкому давлению в поглощающей ячейке (10–3мм рт. ст., или 0,13 н/м2) эта частота стабильна. Осуществленный Оптические стандарты частоты с гелий-неоновой усиливающей и метановой поглощающей ячейками (l = 3,39 мкм) имеет g = 300–500 кгц и относительную стабильность частоты ~10–13, что означает поддержание частоты ~1014гц с точностью до 10 гц.

Рис. 5. а. Появление минимума мощности в центре линии излучения сопровождается появлением максимума мощности в центре линии поглощения. б. Осциллограмма интенсивности бегущих волн гелий-неонового лазера с поглощающей метановой ячейкой в зависимости от частоты генерации; на центральной частоте спектральной линии метана у обеих волн возникают пики мощности. Оптические стандарты частоты.

Рис. 5. а. Появление минимума мощности в центре линии излучения сопровождается появлением максимума мощности в центре линии поглощения. б. Осциллограмма интенсивности бегущих волн гелий-неонового лазера с поглощающей метановой ячейкой в зависимости от частоты генерации; на центральной частоте спектральной линии метана у обеих волн возникают пики мощности.

Дальнейший прогресс в развитии Оптические стандарты частоты связан с возможностью выделения ещё более узких линий, фиксирующих частоту квантовых переходов на несколько порядков уже однородной ширины Г спектральной линии. Это осуществляется в лазере с кольцевым резонатором, работающем как в одноволновом, так и в двухволновом режимах (рис. 6). При этом мощность излучения лазера из-за эффектов спектрального «выгорания» линии, пространственного выгорания среды и фазового взаимодействия на частотах, близких к центральной частоте перехода, перераспределяется между волнами разных типов. Это приводит к возникновению узких резонансных пиков, которые могут быть на несколько порядков более узкими и более резкими, чем в случае пиков мощности линейного лазера. Воспроизводимость частоты кольцевых лазеров с метановой поглощающей ячейкой такая же, как и в случае линейных лазеров. Существуют и др. методы стабилизации частоты лазеров.

Рис. 6. Схема оптического стандарта частоты, основанного на лазере с кольцевым резонатором. Оптические стандарты частоты.

Рис. 6. Схема оптического стандарта частоты, основанного на лазере с кольцевым резонатором.

 

  Лит.: Квантовая электроника. Маленькая энциклопедия, М., 1969; Басов Н. Г., Беленов Э. М., Сверхузкие спектральные линии и квантовые стандарты частоты, «Природа», 1972, № 12.

  Э. М. Беленов.

Так же Вы можете узнать о...


Карбоксилатные каучуки, карбоксилсодержащие каучуки, синтетические каучуки, в макромолекуле которых содержится небольшое число карбоксильных групп —СООН.
Килембе (Kilembe), горнопромышленный пункт на западе Уганды, в горном массиве Рувензори.
Колпакчи Владимир Яковлевич [26.8(7.9).1899, Киев, — 17.
Корсиканцы, народ, населяющий о. Корсика. Численность 269 тыс.
Кубано-Приазовская низменность, Прикубанская низменность, равнина в Западном Предкавказье, к С.
Латиноамериканский центр трудящихся (La Central Latinoamericana de Trabajadores — CLAT, КЛАТ), объединение профсоюзов, кооперативов, крестьянских, женских и молодёжных организаций Латинской Америки на основе националистической христианской социальной идеологии.
Лифшиц Илья Михайлович [р. 31.12.1916 (13.1.
Маккавей Иуда (умер 161 до н. э.), вождь народного восстания в Иудее, направленного против политического, налогового и религиозного гнёта Селевкидов.
Меди карбонаты, углекислые соли меди. Средний (нормальный) М.
Минх Григорий Николаевич [7(19).9.1836, с. Грязи, ныне Липецкой обл.
Мстиславец Петр Тимофеевич Мстиславец Пётр Тимофеевич (Тимофеев) (гг. рождения и смерти неизвестны), русский типограф, соратник первопечатника Ивана Фёдорова.
Независимость (в логике) Независимость в логике, свойство предложения некоторой теории или формулы некоторого исчисления, заключающееся в том, что ни само это предложение, ни его отрицание не выводятся из данной системы предложений (например, какой-либо системы аксиом) или соответственно из конъюнкции данных формул.