Прецизионные измерения на основе фемтосекундного лазера и интерферометра Фабри-Перо

• Автор: Баснак, Дмитрий Викторович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 94 с. : ил.

Содержание:
Введение
Г лава 1. Физические основы взаимодействия излучения лазера с самосинхронизацией мод с интерферометром Фабри - Перо
1.1. Оптические схемы интерферометров
1.2. Основные свойства излучения лазера с самосинхронизацией мод
1.3. Пропускание монохроматического излучения интерферометром Фабри - Перо
1.4. Пропускание излучения фемтосекундного лазера интерферометром Фабри - Перо
1.5. Пропускание фемтосекундного излучения с однородным спектром через интерферометр Фабри - Перо
1.6. Пропускание фемтосекундного излучения с гауссовым спектром интерферометром Фабри - Перо
1.7. Пропускание излучения фемтосекундного лазера интерферометром Фабри-Перо с учетом дисперсии
Глава 2. Фемтосекундная лазерная линейка
2.1. Рабочий эталон длины
2.2. Физические основы фемтосекундной лазерной линейки
2.3. Фемтосукундный хром - форстеритовый лазер
2.4. Схема установки
2.5. Экспериментальные результаты
Глава 3. Интерферометр Фабри - Перо как анализатор излучения
фемтосекундного лазера
3.1. Методы измерения смещения гребенки частот излучения фемтосекундного лазера
3.2. Физические принципы работы анализатора
3.3. Экспериментальные результаты
Г лава 4 Исследование погрешностей измерения параметров излучения
фемтосекундного лазера
5. Заключение
6. Список литературы

Введение
Прецизионные измерения - неотъемлемая часть современной науки и техники. Прогресс в этой области существенно расширяет возможности и повышает точность физических экспериментов, приводит к разнообразным применениям в различных областях науки и техники.
Одной из важных задач квантовой электроники является разработка и создание единого оптического стандарта частоты, времени и длинны. Стандарты частоты широко применяются в спектроскопии сверхвысокого разрешения и прецизионных физических экспериментах, находят практическое приложение в метрологии, локации, геофизике, связи, космических исследованиях и в других областях [1]. Радиоспектроскопия и квантовая электроника дали принципиально новые и более точные методы измерения времени. И наконец, стабилизированные монохроматические лазеры в настоящее время используются в качестве стандартов длины [2].
В исследовании квантовых стандартов частоты можно выделить несколько этапов [3-7]. Этап первый, начавшийся в 50-е годы двадцатого века, связан с достижениями микроволновой квантовой электроники в области создания квантовых стандартов частоты. В эти годы была введена атомная шкала времени, за основу которой берется частота перехода конкретного атома или молекулы. В качестве эталона времени принят период колебаний цезиевого стандарта, частота которого привязана к центру перехода сверхтонкой структуры атома цезия и равна 1/9 192 631 770.0 с. В настоящее время достигнута относительная погрешность на уровне 10'16 при использовании цезиевого фонтана [8].
Следующий этап, начавшийся в 60-е годы, ознаменовался первыми работами по использованию лазеров. Была продемонстрирована высокая монохроматичность излучения лазеров по сравнению с генераторами микроволнового диапазона. Другим преимуществом лазеров является

относительно высокая частота, что позволяет выполнить измерения стабильности с заданной точностью за более короткое время. В первое время стабилизация частоты осуществлялась, главным образом, по максимуму доплеровского контура линии усиления и лэмбовскому провалу в спектре излучения, а достигнутая относительная долговременная стабильность и воспроизводимость частоты лежала в пределах 10'8 - 10'9.
Обобщенные данные приведены на рисунке 1[2].
1000 800 600

193 88 ТЪг

.....УУАО
I________________I : I ; ; =

Г/НеЫе

300 400 500 600 700 800 ' 1550 3392 шп 10
Рис.1. Частотные реперы на основе атомных и молекулярных переходов:
рекомендованные комитетом по мерам и весам; 2 - в стадии разработки.
В 70-е годы произошел значительный прогресс в области создания лазеров с высокой стабильностью частоты излучения. Связан он с применением метода насыщенного поглощения, позволившего получить в зависимости мощности излучения лазера от частоты интенсивные резонансы с относительной шириной до Ю'10 - 10'". Это позволило создать лазеры с относительными стабильностью и воспроизводимостью частоты до 10'13 [5].

пропорциональна полуширине огибающей гребенки полос пропускания интерферометра.
1.7. Пропускание излучения фемтосекундного лазера интерферометром Фабри-Перо с учетом дисперсии.
Пропускание излучения фемтосекундного лазера интерферометром Фабри-Перо изучалось в ряде работ как теоретически, так и экспериментально.
В первом приближении дисперсия приводит к сдвигу полос поглощения
С учетом дисперсии интерферометра выражение для коэффициентов пропускания излучения фемтосекундного лазера (1.23) модифицируется:
По отношению к выражению для идеального интерферометра здесь введен дополнительный сдвиг гребенки полос пропускания излучения фемтосекундного лазера g, возникающий из-за дисперсии интерферометра.
Следует отметить, что при равных значениях ц и g выражение (1.46) становится численно равным случаю, соответствующему идеальному интерферометру и параметрам излучения фемтосекундного лазера в отсутствие частотного сдвига комба, т.е. максимум огибающей пропускания излучения
Ранее предполагалось, что интерферометр Фабри-Перо - идеальный.
[78,79].
(1.45)
(1.46 а) (1.46 6)
Кт = (1 + р5т2[п(т + ц - д)г]} г.