Розвиток наукових основ стабілізованих за частотою лазерів та їх метрологічного забезпечення

Анотація

Мачехін Ю.П. Розвиток наукових основ стабілізованих за частотою лазерів та їх метрологічне забезпечення

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.11.15 - метрологія та метрологічне забезпечення. - Національний науковий центр "Інститут метрології". Харків, 2006.

У дисертаційній роботі подано результати розвитку фундаментальної і прикладної метрології в галузі вимірювання довжини. Вирішено наукову проблему по розвитку стабілізованих за частотою лазерів, для забезпечення класичної метрології в галузі вимірювання довжини квантовими мірами довжини, метрологічного забезпечення квантових мір довжини і засобів вимірювання довжини (частоти), утворюваних на їх основі. Досліджено й оптимізовано характеристики He-Ne лазерів і умови їх роботи в якості робочих і еталонних засобів вимірювіння довжини. Розвиток наукових основ засобів вимірювання довжини (частоти) на базі напівпровідникових лазерів зі стабілізацією частоти по природним реперам. Проведено дослідження фізичних основ методів аналізу результатів вимірювань у нелінійних динамічних системах із хаотичним режимом поводження і вивчено умови застосування фрактальної розмірності для оцінки нестабільності частоти лазерів.

Ключові слова: стабілізовані за частотою лазери, метрологічне забезпечення, еталон одиниці довжини, фрактальна розмірність.

Summary

Machekhin Yu. P. Scientific basis progress of lasers with stabilization of frequency and its metrological securing. -- Manusript.

Thesis for a Doctor of Sciences degree in Technical specialty 05.11.15 - metrology and metrological securing. - National Scientific Center "Institute of Metrology". Kharkiv, 2006.

In thesis the results of development fundamental and applied metrology in the field of length measuring are represented. The scientific problem using quantum standards of length as the lasers with stabilization of frequency in classical metrology in the field of measuring of length was solved. The metrological securing of quantum standards of length and means of measuring of length (frequency) established on the lasers was developmen. Are explored and the performances He-Ne lasers and requirement of their operation are optimized as working and reference means of measuring of length. Developments of scientific bottoms of means of measuring of length (frequency) on the basis of semiconductor lasers with a frequency control on natural frames. The examinations of a principal physics of methods of the analysis of observed data carried out, in nonlinear dynamic systems with a random mode of behaviour and the conditions of usage of fractal dimensionality for an estimation of instability of frequency of lasers is investigated.

Key words: laser with stabilization of frequency, metrological securing, length unit standard, fractal dimension.

Аннотация

Мачехин Ю.П. Развитие научных основ стабилизированных по частоте лазеров и их метрологического обеспечения. -- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.11.15 - метрология и метрологическое обеспечение. - Национальный научный центр "Институт метрологии". Харкьков, 2006.

В диссертации решена научная проблема развития стабилизированных по частоте лазеров и их метрологического обеспечения для обеспечения квантовыми мерами длины классической метрологии в области измерения длины (частоты).

Впервые были исследованы и оптимизированы характеристики одномодовых и одночастотных He-Ne лазеров, обеспечившие их работу в качестве рабочих средств измерения, рабочих и государственных эталонов.

Для обеспечения условий предельной воспроизводимости частоты излучения лазеров при стабилизации по естественным оптическим реперам, проведены теоретические и экспериментальные исследования формы контура мощности излучения в резонаторе одномодового и одночастотного Не-Nе лазера.

Исследованы условия, влияющие на статические и динамические искажения провала Лэмба, при формировании поля в резонаторе Не-Nе лазеров, Найдена связь между динамическими искажениями провала Лэмба и воспроизводимостью частоты излучения. На основе полученных зависимостей между параметрами активной среды и провалом Лэмба, разработаны практические методы оперативного контроля в составе интерферометров, метрологических и технических характеристик лазеров.

Впервые, на основе разработанной методики, проведены экспериментальные и теоретические исследования нелинейных режимов развития ионизационных волн в плазме активных элементов газоразрядных лазеров.

Исследованы условия применения He-Ne/127I2 лазеров при создании рабочих эталонов метрологического обеспечения средств измерения длины (частоты);

Впервые предложены и исследованы основные принципы работы, структура построения и метрологические характеристики групповой меры длины (частоты) на базе стабилизированных по частоте He-Ne/127I2 лазеров, составляющих основу ГПЭ единицы длины Украины.

Впервые были изучены метрологические характеристики He-Ne/127I2 лазеров на основе результатов их международных сличений. Проведенные сличения обеспечили признание Государственного эталона единицы длины Украины в рамках подписанного Соглашения MRA и представление СМС таблиц по длине в МБМВ;

Впервые, в результате развития научных основ средств измерения длины (частоты) на базе полупроводниковых лазеров со стабилизацией частоты по естественным реперам, были предложены следующие направления их применения:

- методы исследования спектра излучения полупроводниковых лазеров в режиме реального времени,

- на основе стабилизации частоты полупроводниковых лазеров по линиям поглощения в йоде в разных областях видимого диапазона разработать многоцветные источники лазерного излучения для интерферометрии;

- исследованы основные принципы построения рабочих средств измерения частоты на базе лазеров с частотой, стабилизированной по линиям поглощения в молекулярных газах, для волоконно-оптических линий связи;

- развиты основы метрологического обеспечения средств измерения длины (частоты) на базе фемтосекундного и He-Ne/127I2 лазеров;

Впервые экспериментально и теоретически исследованы условия реализации методов лазерной спектроскопии в волоконно-оптических линиях связи для осуществления дистанционной диагностики молекулярных газов в атмосфере.

Впервые проведены исследования физических моделей и методов анализа результатов измерений в нелинейных динамических системах в условиях развития режима динамического хаоса.

Впервые были проведены исследования условий применения методов фрактального анализа для изучения характера нестабильности частоты лазеров по временным рядам измерений. Было показано, что для количественной оценки временных рядов измерений случайных процессов с сингулярным спектром можно использовать фрактальную размерность, которая обеспечивает количественную и качественную оценку поведения частоты излучения лазеров в режиме стабилизации.

В 1998 году за цикл научных работ "Физические основы, разработка и создание высокостабильных лазерных систем для метрологии, аналитических измерений и фундаментальных исследований" коллективу авторов, включая диссертанта, была присуждена Государственная премия Украины в области науки и техники. Одной из составляющих этого цикла работ были исследования, результаты которых представляют основу настоящей диссертации.

Ключевые слова: лазер со стабилизацией частоты, метрологическое обеспечение, эталон единицы длины, фрактальная размерность.

Размещено на Allbest.ru