Совершенствование и исследование государственного первичного эталона единицы длины

• Автор: Чекирда, Константин Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 128 с. : ил.

Оглавление

ГЛАВА 1. ОБЗОР И АНАЛИЗ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ДЛИНЫ

1.1 Метрологические характеристики Государственного первичного эталона единицы длины - метра ГЭТ

1.2 Потребности науки и промышленности в высокоточных измерениях длины

1.3 Анализ измерительных возможностей ведущих метрологических центров мира в области измерений длины

1.4 Выбор основных направлений совершенствования Государственного

первичного эталона единицы длины - метра ГЭТ

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ И АНАЛИЗ СОСТАВЛЯЮЩИХ ПОГРЕШНОСТИ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ЕДИНИЦЫ ДЛИНЫ УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫМ ГОСУДАРСТВЕННЫМ ПЕРВИЧНЫМ

ЭТАЛОНОМ ЕДИНИЦЫ ДЛИНЫ - МЕТРА ГЭТ 2-2

2Л Физические принципы стабилизации частоты лазерного излучения

2.2 Физические явления, ограничивающие воспроизводимость частоты лазера

2.3 Описание эталонного источника излучения стабилизированного Не-N0/12 лазера из состава ГЭТ 2-2
2.4 Анализ составляющих погрешности воспроизведения длины Государственным первичным эталоном единицы длины — метра ГЭТ 2-201046 ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА ЭТАЛОНА ДЛИНЫ И ВНЕДРЕНИЕ В ЕГО СОСТАВ НОВЫХ УСТАНОВОК
3.1 Состав усовершенствованного Государственного первичного эталона единицы длины — метра ГЭТ 2-2010. Основные принципы и технические решения, реализованные при разработке новых установок
3.1.1 Установки для измерений разности частот и длин волн источников лазерного излучения
3.1.2 Компаратор лазерный интерференционный для измерения длины в

субмикронном и нанодиапазоне
3.1.3 Гетеродинный интерферометр
3.1.4 Универсальный интерференционный метровый компаратор
3.1.5 Тридцатиметровый лазерный интерференционный компаратор
3.2 Анализ погрешностей лазерных интерферометров
3.3 Результаты исследований основных метрологических характеристик
установок
3.4 Выводы к главе
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ МЕЖДУНАРОДНЫХ СЛИЧЕНИЙ В ОБЛАСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ДЛИНЫ. ПОДТВЕРЖДЕНИЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИКЭТАЛОНА ЕДИНИЦЫ ДЛИНЫ. ПЕРСПЕКТИВЫ ДАЛЬНЕЙШЕГО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ЭТАЛОНА
4.1 Подтверждение метрологических характеристик эталона единицы
длины. Результаты сличений
4.2 Перспективы дальнейшего совершенствования государственного
первичного эталона длины
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Приложение
Приложение
Приложение
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы
Временем рождения метра следует считать 1792-1793 годы, когда физик, математик и астроном Пьер-Симон Лаплас возглавил работы по измерению длины четвертой доли части Парижского меридиана. Одна десятимиллионная часть этого меридиана и была принята за длину в один метр.
После подписания 20 мая 1875 года Метрической конвенции Россия получила два платиноиридиевых эталона. Можно считать, что с этого момента ведутся работы по исследованию и совершенствованию эталона длины - метра. С развитием физики совершенствовалось и определение метра. Кардинально на этот процесс повлияли результаты исследований, проведенных Томасом Юнгом, открывшим явление интерференции света, и Альбертом Майкельсоном, который экспериментально доказал, что точность воспроизведения длины интерференционным методом может быть выше, чем с использованием материальных мер длины. За свои работы Майкельсон в 1907 года получил Нобелевскую премию.
Потребовалось немало времени, прежде чем Консультативный Комитет по Мерам и Весам Международного бюро мер и весов (далее МБМВ) принял определение метра, и с 1960 года метр стал определяться через длину волны в вакууме оранжевой линии криптона. Это определение просуществовало до 1983 года, когда Консультативный Комитет принял новое, действующее сегодня, определение метра. Оно гласит, что «Метр есть длина пути, проходимая светом (плоской электромагнитной волной) в вакууме за интервал времени, равный 1/299792458 секунды» [1].
Консультативный Комитет по Мерам и Весам разработал рекомендации по практическому применению нового определения, суть которого заключается в том, что стандартом длины (с соответствующей погрешностью) может являться любое излучение, частота которого известна.
Также Комитет разработал Перечень рекомендованных излучений для практических применений в метрологии длины, физических исследованиях и

атмосферного давления, температуры, влажности, содержания С02 и других газов, однако в данном случае можно учитывать только первые два фактора, оказывающие наиболее сильное влияние.
В лазерах с внутренними зеркалами колебания атмосферного давления вызывают изменение усилий, приложенных к зеркалам, поскольку внутри баллона находится газ под постоянным незначительным давлением, которое в данном случае можно принимать за нулевое (вакуум)
Если баллон газоразрядной трубки снабжен сильфонами, то продольное усилие воспринимается внешним корпусом, который может быть сделан металлическим. Обычно используется инвар.
Максимальные возможные суточные колебания атмосферного давления оцениваются величиной 30 мм рт. ст., т. е. суточная стабильность частоты достигает 1,2-10’ .
Изменение температуры баллона газоразрядной трубки. В лазерах с внешними зеркалами, оптическая длина меняется также в связи с колебаниями температуры баллона газоразрядной трубки, поскольку при изменении длины баллона меняется соотношение отрезков пути луча в плазме и в пассивных участках резонатора (по воздуху). Для Не-Ие лазера эти колебания находятся в области 50-150 °С.
Необходимо учитывать, что в данном случае при повышении температуры смещение частоты происходит в противоположном направлении по сравнению со смещением за счет нагрева выходных окон и корпуса резонатора.
Влияние вибрации. На корпус резонатора и отдельные его элементы могут воздействовать вибрационные нагрузки как механического, так и акустического происхождения. Для лазеров с внутренними зеркалами при наличии жесткого корпуса эти воздействия приводят к сравнительно небольшим смещениям частоты, меняющимся в зависимости от конкретных условий.
Однако для лазеров с внешними зеркалами воздействие вибраций