Частотный репер в области 732 нм для прецизионной лазерной спектроскопии мюония

• Автор: Колкер, Дмитрий Борисович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 96 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава I. ПОИСК ЧАСТОТНОГО РЕПЕРА В ОБЛАСТИ 732 нм
1.1. Прецизионная спектроскопия водородоподобных атомов
1.2. Лазерный спектрометр в области 732 нм
1.3. Результаты исследования спектров линейного поглощения
ГЛАВА И.
ИССЛЕДОВАНИЕ СВЕРХТОНКОЙ СТРУКТУРЫ ЛИНИЙ ПОГЛОЩЕНИЯ, ВЫБОР И ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНОГО РЕПЕРА
2.1. Лазерный спектрометр насыщенного поглощения
2.2. Исследование сдвигов от давления в ячейке
ГЛАВА III.
ИЗМЕРЕНИЕ АБСОЛЮТНОГО ЗНАЧЕНИЯ ЧАСТОТЫ РЕПЕРА
3.1. Выбор схемы синтеза
3.2. Упрощенный вариант схемы синтеза и измерения в области 732 нм
3.3. Опорный стандарт частоты в области 795 нм на базе полупроводникового лазера
3.4. Опорный СО2 лазер в области 9.33 мкм
3.5. Преобразователи частоты на нелинейных оптических кристаллах
3.5.1. Расчёт углов синхронизма в одноосных кристаллах
3.5.2. Расчёт эффективности преобразования кристалла при генерации разностной частоты для оптимально сфокусированного пучка
3.5.3. Расчёт оптимального радиуса перетяжки пучка
3.6. Измерение частотного интервала в 8 ГГц
3.7. Измерение частоты репера
3.8. Исследование новых методов измерения оптических частот с целью повышения точности измерения
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приложения
Полупроводниковый лазер в области 732 нм для прецизионной спектроскопии молекулярного йода
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время развитие новых физических методов получения узких резонансов и создание на их основе высокостабильных лазеров поставило прецизионные измерение частот на качественно новый уровень. Измерение частот переходов одноэлектронных атомов, таких как водород, дейтерий, а также атомов типа мюония, позитрония и др., для которых возможен точный теоретический расчет частот переходов, открывает возможность определения с высокой точностью одной из фундаментальных физических констант - постоянной Ридберга, а также измерения изотопического и релятивистского сдвигов, проверки основ квантовой электродинамики [1,2]. В этом случае наиболее важным моментом является создание схем синтеза оптических частот, которые переносили бы характеристики оптического стандарта в другие диапазоны, например из ИК в видимый и УФ диапазон без потери точности.
В экспериментах по прецизионному измерению частот одноэлектронных атомов, таких как водород, мюоний и позитроний, частотные реперы играют важную роль, т.к. они необходимы для калибровки лазерного спектрометра, который настраивается на требуемую частоту. Очевидно, что к частотным реперам должны предъявляться жесткие требования: они должны воспроизводить заданную частоту с высокой точностью, все факторы, приводящие к частотным сдвигам, должны быть исследованы и учтены в процессе использования. В качестве частотных реперов могут быть использованы резонансы насыщенного поглощения в различных средах.
Данная диссертационная работа была выполнена в рамках совместного проекта по прецизионной лазерной спектроскопии мюония. Эксперимент по лазерной спектроскопии мюония проводился на ускорителе ISIS в Rutherford Appleton Laboratory в Англии в рамках международного проекта с участием

ГЛАВА III
ИЗМЕРЕНИЕ АБСОЛЮТНОГО ЗНАЧЕНИЯ ЧАСТОТЫ РЕПЕРА ЗЛ. Выбор схемы синтеза
При измерении абсолютного значения оптической частоты измеряемая частота обычно сравнивается с частотой стандарта либо с синтезированной из оптических стандартов частотой. Для переноса характеристик оптического стандарта частоты из одного диапазона в другой используются цепочки синтеза частот, включающие такие элементы, как преобразователи частот (МОМ диоды, нелинейные кристаллы), вспомогательные лазеры. Поскольку мощность преобразованного излучения составляет доли процента, вспомогательный лазер используется как усилитель преобразованного излучения. При этом частота вспомогательного лазера привязывается системой фазовой автоматической подстройки к частоте преобразованного излучения по сигналу биений.
Одной из серьезных проблем при измерении оптических частот является проблема измерения частотного интервала, отделяющего синтезированную частоту от измеряемой. Чем больше размер интервала, который может быть измерен, тем менее жесткие требования предъявляются к точности совпадения синтезированной частоты с измеряемой, а следовательно тем проще может быть схема синтеза.
Обычные кремниевые и германиевые фотоприемники имеют ограничение при регистрации сигнала до 100 МГц, поскольку при больших частотах сказываются такие факторы как барьерная и диффузионная емкости. Поэтому при регистрации сигналов с частотой выше 100 МГц применяются лавино-пролетные диоды (ЛФД) и диоды Шотгки, хотя их предельная чувствительность ниже, чем у менее быстродействующих фотоприемников.
При создании схем синтеза и измерения частоты важно найти компромисс между точностью измерений, которую обеспечивает эта схема, и ее сложностью, поскольку большое количество вспомогательных лазеров в схеме синтеза значительно удорожает установку и усложняет процесс измерения частоты. Нами было рассмотрено три варианта схемы для измерения абсолютного значения частоты найденного репера в области 732 нм.