Експериментальні дослідження резонансів насичення внутрішньорезонаторного поглинання в He-Ne/I2 лазерах з високочастотною накачкою

Размещено на http://www.allbest.ru

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ФІЗИКИ

01.04.05 Оптика, лазерна фізика

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

Експериментальні дослідження резонансів насичення внутрішньорезонаторного поглинання в HeNe/I2 лазерах з високочастотною накачкою

Бойко Олексій Валентинович

Київ 1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в лабораторії лазерної спектроскопії відділу фотоактивності Інституту фізики Національної Академії наук України.

Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук,

старший науковий співробітник

ЯЦЕНКО Леонід Петрович,

Інститут фізики НАН України,

провідний науковий співробітник

Офіційні опоненти:

доктор фізико-математичних наук, професор

БОРЩ Анатолій Олександрович,

Інститут фізики НАН України,

головний науковий співробітник

доктор фізико-математичних наук, професор

КРАВЧЕНКО Вілен Йосипович,

Інститут прикладних проблем фізики і біофізики НАН України, заступник директора

Провідна установа:

Київський університет імені Тараса Шевченка, радіофізичний факультет, кафедра радіофізики, Міністерство освіти України.

Захист відбудеться 25. 11. 1999 р. о 1430 год. на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д 26.159.01 при Інституті фізики НАН

України за адресою: 03650, Київ-39, просп. Науки, 46

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту фізики

НАН України за адресою: 03650, Київ-39, просп. Науки, 46

Автореферат розісланий `` 25 '' жовтня 1999 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат фізико-математичних наук Іщук В.А.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Гелій-неонові лазери, частота яких стабілізована за резонансами насиченого поглинання у молекулярному йоді, широко використовуються в точних вимірюваннях у сучасній фізиці та техніці. Підвищений інтерес до таких лазерів зумовлено їх застосуванням у метрології для практичної реалізації одиниці довжини -- метра, визначення якого як шляху, що проходить світло у вакуумі за 1/299792458 с, було прийнято у 1983 році [1]. У 1997 році Міжнародний Комітет з мір та ваги рекомендував дванадцять еталонних довжин хвиль стабілізованих за частотою лазерів для використання в метрологічній практиці при реалізації одиниці довжини [2]. Однією з найважливіших із них для практичного використання є довжина хвилі He-Ne лазера (=633 нм), стабілізованого за компонентами надтонкої структури (НТС) лінії поглинання R(127) коливальної смуги 11-5 електронного переходу B3ou+X1g+ молекули 127I2. Це зумовлено тим, що довжина хвилі 633 нм належить до видимого діапазону, де добре розроблено засоби та методи інтерферометричних вимірювань, а також простотою, довговічністю та можливістю легкої реалізації таких лазерів у багатьох лабораторіях світу.

На сьогодні робота над удосконаленням He-Ne/127I2 лазерів продовжується і до питань підвищення їхніх метрологічних параметрів проявляється стійкий інтерес. Особливо важливими є дослідження, спрямовані на досягнення граничних значень стабільності та відтворюваності частоти випромінювання таких лазерів. Для підвищення цих метрологічних параметрів необхідно дослідити основні фізичні процеси в лазерах із внутрішньорезонаторним нелінійним поглинанням, які визначають форму резонансів насиченого поглинання. Таким чином, проведені у роботі дослідження є актуальними, оскільки вони спрямовані на з'ясування природи асиметрії резонансів насиченого поглинання, що є однією з основних причин, яка обмежує відтворюваність частоти He-Ne/127I2 лазерів [3], та на вивчення нових, більш контрастних та ефективних частотних реперів, що використовуються для стабілізації частоти випромінювання.

Зв'язок роботи з науковими темами. Робота проводилася в рамках проектів НАН України Динаміка когерентного лазерного збудження атомів і молекул та фізика високостабільних лазерів, номер Держреєстрації 0198U002137, Нелінійні ефекти у взаємодії лазерного випромінювання з атомами та молекулами та фізика вузьких оптичних резонансів, номер Держреєстрації 0195U016823, проектів Державного фонду фундаментальних досліджень Ф4/365-97-24 та Ф4/341-97-24 і проекту 2М/1380-97 Державного комітету України з питань науки і інтелектуальної власності Розробка нових лазерних систем та керуючих пристроїв квантової електроніки.

Мета і задачі дослідження. Підвищення стабільності частоти випромінювання He-Ne/127I2 лазерів, з'ясування фізичних причин асиметрії резонансів насиченого поглинання, розробка нових методів отримання вузьких і висококонтрастних резонансів в He-Ne/127I2 лазерах та використання їх для стабілізації частоти.

Наукова новизна роботи полягає в тому, що в ній вперше:

Експериментально одержано резонанси насиченого поглинання в He-Ne/127I2 лазері з накачкою поперечним високочастотним розрядом і показано, що їх використання як частотних реперів дає змогу підвищити стабільність частоти випромінювання майже в шість разів порівняно з аналогічним лазером з накачкою розрядом сталого струму.

Експериментально досліджено асиметрію резонансів насиченого поглинання йоду шляхом вимірювання і аналізу модуляційних зсувів частоти стабілізованих лазерів у широкому діапазоні девіацій частоти (1,5-20 МГц) і показано, що вона зумовлена спільною дією лінзоподібних властивостей поглинаючого середовища та пружних зіткнень молекул поглинаючого газу, що супроводжуються зміною швидкості їхнього руху.

Експериментально реалізовано метод спектроскопії насиченої внутрішньорезонаторної флуоресценції. Одержано резонанси інтенсивності насиченої флуоресценції внутрішньорезонаторного поглинаючого газу в He-Ne/127I2 лазерах і показано, що їхня контрастність на порядок перевищує контрастність резонансів насиченого поглинання.

Використано резонанси інтенсивності насиченої флуоресценції внутрішньорезонаторного поглинаючого газу в He-Ne/127I2 лазерах для стабілізації частоти і показано, що лінзоподібні властивості поглинаючого середовища практично не впливають на їхню форму.

Практична цінність отриманих результатів полягає в тому, що:

Встановлено, що використання в частотностабілізованих He-Ne/127I2 лазерах накачки поперечним високочастотним розрядом і, як наслідок, значне зниження рівня амплітудних шумів вихідної потужності лазера дає змогу значно підвищити стабільність частоти випромінювання порівняно з лазерами з накачкою розрядом сталого струму за умови використання тих самих йодних комірок та тих самих систем автоматичного підстроювання частоти в аналогічних експериментальних умовах.

Уточнення природи асиметрії резонансів насиченого поглинання в He-Ne/127I2 лазерах дає змогу обчислювати зсуви частоти для відомих параметрів лазера і в такий спосіб визначити шляхи підвищення відтворюваності частоти випромінювання стабілізованого He-Ne/127I2 лазера. резонанс поглинання йод лазер

Показано, що контрастність нелінійних резонансів інтенсивності флуоресценції на порядок перевищує контрастність резонансів у вихідній потужності лазера, а лінзоподібні властивості поглинаючого середовища, які є одним з основних джерел асиметрії резонансів насиченого поглинання, практично не дають внеску в асиметрію резонансів інтенсивності флуоресценції. Використання останніх як реперів для стабілізації частоти може надати можливість суттєво підвищити стабільність та відтворюваність частоти порівняно з існуючими He-Ne/127I2 лазерами.

Особистий внесок автора полягає в удосконаленні експериментальної установки та розробці і виготовленні деяких вузлів обладнання, що використовувалося в експериментах; підготовці та проведенні експериментів; обробці експериментальних даних; участі у обговоренні отриманих результатів та у написанні статей; доповідях результатів роботи на конференціях і семінарах різного рівня.

Апробація роботи. Матеріали дисертаційної роботи доповідались на підсумковій науковій конференції ІФ НАН України -- 1999 р.; були представлені на конференції, присвяченій 100-річчю APS, USA -- 1999, на XXVІ URSІ General Assembly, Canada -- 1999, XІV Міжнародній школі-семінарі Спектроскопія молекул і кристалів, Одеса -- 1999 р., конференції Європейського фізичного товариства EPS-11, London -- 1999, обговорювались на семінарах лабораторії лазерної спектроскопії та відділу фотоактивності ІФ НАН України.

Публікації. По темі дисертації опубліковано 5 статей, перелік яких дається наприкінці автореферату.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновків і списку використаних джерел, що містить 91 найменування на 13 сторінках. Повний обсяг дисертації складає 150 сторінок, приведено 40 рисунків (40 сторінок) та 4 таблиці (1 сторінка).

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність проведених в дисертаційній роботі досліджень, обгрунтовано доцільність використання в досліджуваних лазерах накачки поперечним високочастотним розрядом, доведено необхідність експериментальних досліджень резонансів інтенсивності флуоресценції, сформульовано мету роботи, визначено наукову новизну і практичну цінність роботи, окреслено зв'язок роботи з науковими темами.

У першому розділі наведено огляд використання вузьких оптичних резонансів у лазерах з нелінійним внутрішньорезонаторним поглинанням для стабілізації частоти випромінювання лазерів, описано утворення НТС в молекулярному йоді, зроблено літературний огляд розвитку гелій-неонових лазерів, стабілізованих за резонансами насиченого поглинання в молекулярному йоді за 30 років, описано переваги He-Ne лазерів з накачкою поперечним високочастотним розрядом, наведено огляд попередніх досліджень зсувів частоти стабілізованих He-Ne/127I2 лазерів.

У другому розділі обгрунтовано вибір напрямку досліджень, окреслено загальну методику проведення дисертаційних досліджень, описано принципи дії і характеристики експериментальної установки, наведено оцінки похибок вимірювань.

Третій розділ присвячено експериментальним дослідженням стабільності частоти випромінювання He-Ne/127I2 лазерів з накачкою поперечним високочастотним розрядом та асиметрії резонансів насиченого поглинання в вихідній потужності лазера.

Експериментальні дослідження стабільності частоти He-Ne/127I2 лазерів =633 нм з накачкою поперечним високочастотним розрядом показали, що завдяки пониженому рівню шумів у таких лазерах стабільність частоти їхнього випромінювання в кілька разів вища, ніж у лазерів з накачкою сталим струмом, і складає приблизно 510-13 для часу усереднення 100 с [1*,2*]. Таким чином, використання у високостабільних системах лазерів з високочастотною накачкою може бути виправданим, оскільки аналогічні системи з накачкою сталим струмом мають нижчі метрологічні параметри.

Притаманна резонансам насиченого поглинання асиметрія зумовлює залежність частоти випромінювання стабілізованого лазера від девіації D частоти (модуляційний зсув). За виглядом цієї залежності можна робити висновки про відносну роль різних джерел асиметрії резонансів. Найбільш важливими з них є нелінійні лінзоподібні властивості поглинаючого газу та зіткнення молекул поглинаючого газу, які супроводжуються зміною швидкості.

Для лінзового механізму залежність модуляційного зсуву від девіації D частоти у випадку слабкої асиметрії описується виразом:

(1)

де lens -- параметр, що відображає роль ефектів просторової неоднорідності (lens<<1),  -- однорідна ширина лінії поглинання, m=D/2. Надійно розрахувати параметр lens неможливо, оскільки він залежить від ряду параметрів лазера, точні значення яких звичайно невідомі.

Для зіткнень молекул поглинаючого газу, які супроводжуються зміною швидкості, ця залежність у випадку слабкої асиметрії може бути представлена у вигляді

(2)

де coll -- параметр асиметрії (coll<<1), надійно обчислити величину якого, як і у випадку лінзової асиметрії, також неможливо, оскільки він залежить від параметрів, величини яких відомі тільки за порядком величини.

Оскільки для різних моделей асиметрії залежності зсуву частоти стабілізованого лазера від девіації D частоти відрізняються, то під час досліджень He-Ne/127I2 лазерів основна увага приділялася вимірюванням модуляційних зсувів. Низький рівень амплітудних шумів у He-Ne/127I2 лазерах з високочастотною накачкою дав змогу отримати ці залежності в широкому діапазоні девіацій частоти від 1,5 МГц до 20 МГц [2*,3*]. В області великих девіацій залежності для різних компонент розходяться, що пов'язано з впливом сусідніх компонент НТС йоду на форму резонансу. З метою обчислення внеску сусідніх компонент НТС в модуляційні зсуви, що одержані в експерименті, було обчислено параметри резонансів шляхом обробки контурів третьої гармоніки. Однорідні ширини резонансів становили i=2,50,1 МГц (для усіх компонент ці величини в межах похибки співпадали), контрастності резонансів становили ki=(1,70,1)10-3 (вони, як і ширини, співпадали для усіх компонент).

Результати віднімання розрахованих зсувів, зумовлених впливом сусідніх компонент НТС, від модуляційних зсувів, що були отримані в експерименті, представлено на рис. 1 (експериментальні точки). Обробка експериментальних даних за допомогою моделі асиметрії, згідно з якою внесок до модуляційних зсувів, що спостерігаються після виключення очевидного взаємного впливу сусідніх компонент, дають нелінійні лінзоподібні властивості поглинаючого середовища та зіткнення молекул поглинаючого газу зі зміною швидкості, показала, що ці механізми відіграють приблизно однакову роль. Було отримано значення параметрів асиметрії lens=-(5,20,2)10-2 та coll=(0,900,05)10-2 [2*,3*].

Четвертий розділ присвячено дослідженням резонансів інтенсивності флуоресценції в He-Ne/127I2 лазерах з накачкою поперечним високочастотним розрядом і стабілізованого за ними лазера. У даному розділі повідомляється про те, що внутрішньорезонаторні резонанси інтенсивності флуоресценції можна спостерігати і, більш того, використовувати для ефективної стабілізації частоти випромінювання в He-Ne/127I2 лазерах на =633 нм.

Проведено теоретичне дослідження залежностей амплітуд та контрастностей резонансів насиченого поглинання та резонансів інтенсивності флуоресценції від таких параметрів лазера як коефіцієнт підсилення G активного середовища, відношення коефіцієнтів нерезонансного фонового поглинання та ненасиченого резонансного поглинання abgr/a0, ефективної кількості С компонент НТС в околі резонансу. Показано, що оптимальні умови спостереження резонансів інтенсивності флуоресценції відрізняються від оптимальних умов реєстрації резонансів насиченого поглинання. Максимальна контрастність резонансів насиченого поглинання обмежується фоновим поглинанням. В He-Ne/127I2 лазерах вона становить 10-3 [4]. На відміну від неї контрастність резонансів інтенсивності флуоресценції практично не обмежується фоновим поглинанням і визначається лише ефективним числом С компонент НТС лінії поглинання йоду. Оскільки коефіцієнт фонового поглинання abgr йоду на =633 нм на порядок перевищує коефіцієнт резонансного поглинання a0 [5], то контрастність резонансів інтенсивності флуоресценції має перевищувати на порядок контрастність резонансів насиченого поглинання.

Реєстрація резонансів інтенсивності флуоресценції здійснювалася за допомогою відомого методу третьої гармоніки. У результаті обробки контурів третьої гармоніки було визначено контрастності резонансів та їх ширини. Ширини в межах похибки були однакові для усіх компонент і складали =2,50,2 МГц. Контрастності резонансів по відношенню до сигналу флуоресценції становили Kg=(2,60,2)Ч10-2, Kf=(2,40,2)Ч10-2, Ke=(2,2±0,2)Ч10-2, Kd=(1,8±0,2)Ч10-2 і виявилися приблизно на порядок більшими, ніж контрастності резонансів насиченого поглинання kg=kf=ke=kd=(2,4±0,1)Ч10-3 [4*] (ці величини є дещо більшими, ніж отримані в попередньому розділі, оскільки довжина поглинаючої комірки для дослідження резонансів інтенсивності флуоресценції була більшою).

Резонанси інтенсивності флуоресценції йоду були використані як частотні репери для стабілізації частоти лазера. Для стабілізації використовувалися компоненти f та g, які виявилися найбільш контрастними. Тиск пари йоду складав p=22 Па, девіація частоти випромінювання D=12 МГц. Отримано, що нестабільність частоти лазера, стабілізованого за резонансами інтенсивності флуоресценції лише дещо перевищує нестабільність частоти лазера, стабілізованого за резонансами насиченого поглинання йоду, і складає 4Ч10-12 для часу усереднення 100 с [4*].

Експериментальне дослідження модуляційних зсувів частоти He-Ne/127I2 лазера показало, що під час стабілізації частоти випромінювання лазера за резонансами інтенсивності флуоресценції модуляційний зсув в області великих девіацій є майже на порядок менший, ніж для лазера, стабілізованого за резонансами насиченого поглинання йоду в вихідній потужності. Це свідчить, що лінзоподібні властивості поглинаючого середовища, які є однією із головних причин модуляційних зсувів, практично не впливають на резонанси інтенсивності флуоресценції.

Підвищення ефективності реєстрації сигналу флуоресценції шляхом удосконалення оптичної системи збирання та використання фотоприймачів з більшою квантовою ефективністю, в області спектральної чутливості яких лежить весь спектр сигналу флуоресценції, дозволить значно підвищити відношення сигналу до шуму, яке в умовах нашого експерименту визначалося дробовими шумами фотоприймача, і завдяки більшій контрастності резонансів інтенсивності флуоресценції та відсутності модуляційних зсувів дасть змогу суттєво підвищити стабільність та відтворюваність частоти порівняно із існуючими He-Ne/127I2 лазерами.

П'ятий розділ присвячено звіренням розробленого He-Ne/127I2 лазера (ІФ-2) з накачкою поперечним високочастотним розрядом з лазером ДЕ-3 (ДНВО Метрологія, Харків), який входить до складу Державного еталона одиниці довжини. Звірення з еталонними лазерами є важливим етапом у розробці високостабільних лазерів, призначених для відтворення одиниці довжини. Під час них визначаються основні метрологічні характеристики розроблених лазерів.

Метою проведених звірень було підтвердження вірності методик вимірювання метрологічних параметрів розробленого лазера та отриманих результатів шляхом порівняння з лазером ДЕ-3, основні метрологічні характеристики якого відомі та підтверджені рядом міжнародних звірень [6,7].

Для коректної оцінки стабільності та відтворюваності частоти випромінювання лазера необхідно знати ступінь впливу тих параметрів, які, незначно змінюючись в режимі стабілізації, можуть призвести до помітних зсувів частоти. Такими параметрами є тиск пари йоду в комірці, величина девіації частоти випромінювання та потужність лазера. Протягом звірень було проведено вимірювання зсувів частоти лазера ІФ-2 в залежності від зміни температури бічного паростка йодної комірки, тиску пари йоду та девіації частоти. Величини зсувів знаходяться в характерному для He-Ne/127I2 лазерів діапазоні [8,9].

Відмінність частот між лазерами ІФ-2 та ДЕ-3 було визначено за допомогою методу матриць різницевих частот [10], який використовується під час звірень лазерів [9,11,12]. Вона становила 1,2 кГц, а її середньоквадратичне відхилення -- 3,2 кГц [5*].

Проведено вимірювання стабільності частоти биттів випромінювання лазерів ІФ-2 та ДЕ-3. Для часу усереднення 100 с отримане значення нестабільності становило 7,910-13 [5*]. Видно, що ця величина нестабільності перевищує характерну нестабільність для частоти биттів двох лазерів з накачкою поперечним високочастотним розрядом [2*], та виявляється нижчою, ніж характерна для лазерів з накачкою розрядом сталого струму [7]. Це означає, що основний внесок в нестабільність дає лазер з накачкою розрядом сталого струму -- ДЕ-3. Отже, шляхом безпосередніх вимірювань доведено, що стабільність частоти випромінювання He-Ne/I2 лазерів з накачкою поперечним високочастотним розрядом перевищує останню для лазерів з накачкою розрядом сталого струму.

В результаті проведених звірень встановлено, що основні метрологічні характеристики розробленого He-Ne/I2 лазера з накачкою поперечним високочастотним розрядом відповідають критеріям, які сформульовано в Рекомендації 1 (CІ-1997) Міжнародного комітету з мір та ваги.

У висновках сформульовано основні результати дисертаційної роботи.

Встановлено, що використання в He-Ne/127I2 лазерах накачки поперечним високочастотним розрядом і, як наслідок, значне зниження рівня амплітудних шумів вихідної потужності лазера дає змогу досягти нестабільності частоти випромінювання 510-13 для часу усереднення 100 с, що майже в шість разів менше, ніж нестабільність частоти аналогічного лазера з накачкою розрядом сталого струму.

Шляхом аналізу експериментальних залежностей частоти випромінювання стабілізованого He-Ne/127I2 лазера від девіації частоти лазера, одержаних в широкому діапазоні девіацій (1,5-20 МГц), встановлено, що асиметрія резонансів насиченого поглинання в He-Ne/127I2 лазерах при їх реєстрації в сигналі вихідної потужності лазера зумовлена спільною дією лінзоподібних властивостей поглинаючого середовища та пружних зіткнень молекул поглинаючого газу, що супроводжуються зміною швидкості їхнього руху.

Вперше запропоновано і обгрунтовано метод спектроскопії внутрішньорезонаторної насиченої флуоресценції. Експериментально зареєстровано нелінійні резонанси флуоресценції в He-Ne/127I2 лазерах і встановлено, що їх контрастність на порядок перевищує контрастність резонансів в вихідній потужності лазера.

Вперше здійснено стабілізацію частоти випромінювання He-Ne/127I2 лазерів за резонансами насиченої флуоресценції йоду. Незважаючи на відносно малу ефективність системи збирання та реєстрації флуоресцентних фотонів, яка складала 0,01 %, нестабільність частоти випромінювання була близька до стабільності частоти випромінювання звичайно використовуваних аналогічних лазерів з накачкою розрядом сталого струму і складала 4?10-12 для часу усереднення 100 с. Експериментально встановлено, що лінзоподібні властивості поглинаючого середовища практично не впливають на асиметрію резонансів внутрішньорезонаторної насиченої флуоресценції і, отже, на модуляційні зсуви частоти випромінювання стабілізованих лазерів.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНО В РОБОТАХ

1*. Бойко О.В., Лихоліт М.М., Негрійко А.М., Яценко Л.П. Дослідження стабільності частоти випромінювання He-Ne/127I2 лазерів з накачкою високочастотним розрядом // Український метрологічний журнал. -- 1998. -- Вип.4 -- С.37-39.

2*. Бойко А.В., Негрийко А.М., Яценко Л.П. Асимметрия резонансов насыщенного поглощения в He-Ne/127I2-лазерах с накачкой поперечным ВЧ разрядом // Квантовая электроника. -- 1999. -- Т.28. -- №2. -- С.151-156.

3*. Boyko O.V., Negrіyko A.M., Yatsenko L.P. Іodіne-stabіlіzed He-Ne laser pumped by transverse rf-dіscharge // Фізика напівпровідників, квантова та оптоелектроніка. -- 1999. -- Т.2. -- №1. -- С.133-141.

4*. Бойко О.В., Лихоліт М.М., Негрійко А.М., Яценко Л.П. Резонанси насиченої флуоресценції внутрішньорезонаторного поглинаючого газу -- нові ефективні репери для лазерних стандартів частоти // УФЖ. -- 1999. -- Т.44. --№6. -- С.709-711.

5*. Бойко О.В., Качалова Н.М., Негрійко А.М., Яценко Л.П., Мачехін Ю.П., Смулаковський В.М. Звірення He-Ne/I2 лазерів з поперечним ВЧ розрядом з He-Ne/127I2 лазером Державного еталона одиниці довжини України // Український метрологічний журнал. -- 1999. -- Вип.1. -- C.47-49.

Література, що цитувалась:

Documents Concerning the New Definition of the Metre // Metrologia. -- 1984. -- V.19. -- P.163-177.

Revision of the mise en pratique of the definition of the metre. Recommendation adopted by the Comit International des Poids et Mesures at its 86th meeting. Recommendation 1 (CI-1997).

Brillet A., Cerez P. Laser frequency stabilization by saturated absorption // J.Phys.Colloq -- 1981. -- V.42. -- No.1. -- P.73-82.

Cerez P., Brillet A. Factors which limit the reproducibility of iodine stabilized He-Ne lasers // Metrologia. -- 1977. -- V.13. -- No.1. -- P.29-33.

Hanes G.R., Lapierre J., Bunker P.R., Shotton K.C. Nuclear hyperfine structure in the electronic spectrum of 127I2 by saturated absorption spectroscopy, and comparison with theory // J. of molecular spectroscopy. -- 1971. -- V.39. -- P.506-515.

Chartier J.-M., Chartier A. International comparisons of He-Ne lasers stabilized with 127I2 at 633 nm (July 1993 to september 1995) // Metrologia. -- 1997. -- V.34. -- P.297-300.

Смулаковський В.М., Навратіл В. Звірення Державних еталонів одиниці довжини України та Словаччини // Український метрологічний журнал. -- 1998. -- Вип.4 -- С.51-52.

Тарбеев Ю.В., Абрамова Л.Ю., Захаренко Ю.Г., Мельников Н.А., Федорин В.Л. Стабилизированные He-Ne/127I2 лазеры на 633 нм для реализации единицы длины -- метра // Измерительная техника. -- 1998. -- №6. -- С.62-68.

Stеhlberg B., Ikonen E., Haldin J., Hu J., Ahola T., Riski K., Pendrill L., Krn U., Henningsen J., Simonsen H., Chartier J.-M., Chartier A. International comparisons of He-Ne lasers stabilized with 127I2 at 633 nm (July 1993 to september 1995) // Metrologia. -- 1997. -- V.34. -- P.301-307.

Bayer-Helms F., Chartier J.-M., Helmcke J., Wallard A.J. Evaluation of the International intercomparison measurements (March 1976) with 127I2-stabilized He-Ne lasers. Spacing of the hyperfine structure components // PTB-Berict. -- 1977. -- V.PTB-ME17. -- P.139-146.

Hu J., Riski K., Chartier A., Chartier J.-M., Picard S. Comparison of 127I2-stabilized He-Ne lasers at 633 nm between the MIKES amd the BIPM // Metrologia. -- 1997. -- V.34. -- P.417-419.

Bisi M., Bertinetto F. Frequency reproducibility of He-Ne lasers at =612 nm using the frequency modulation spectroscopy technique // Metrologia. -- 1997. -- V.34. -- P.451-457.

АНОТАЦІЇ

Бойко О.В. Експериментальні дослідження резонансів насичення внутрішньорезонаторного поглинання в He-Ne/I2 лазерах з високочастотною накачкою. -- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук по спеціальності 01.04.05 -- оптика, лазерна фізика. Інститут фізики НАН України, Київ, 1999.

Експериментальні дослідження He-Ne/127I2 лазерів з накачкою поперечним високочастотним розрядом показали, що нестабільність частоти їхнього випромінювання є майже в шість разів нижчою ніж для лазерів з накачкою розрядом сталого струму і становить 5?10-13 для часу усереднення 100 с. Уточнено природу асиметрії резонансів насиченого поглинання, яка полягає у спільній дії лінзоподібних властивостей нелінійно поглинаючого середовища та пружних зіткнень поглинаючих молекул, що супроводжуються зміною швидкості. Дослідження резонансів інтенсивності флуоресценції внутрішньорезонаторного поглинаючого газу в He-Ne/127I2 лазерах показали, що їх контрастності майже на порядок перевищують контрастності резонансів насиченого поглинання у вихідній потужності лазера, а лінзоподібні властивості поглинаючого середовища практично не впливають на їхню форму, що робить ці резонанси перспективними для використання як ефективних реперів частоти.

Ключові слова: резонанси насиченого поглинання, асиметрія резонансів, He-Ne/I2 лазер, накачка високочастотним розрядом, стабільність частоти випромінювання, резонанси інтенсивності флуоресценції.

Бойко А.В. Экспериментальные исследования резонансов насыщения внутрирезонаторного поглощения в He-Ne/І2 лазерах с высокочастотной накачкой. -- Рукопись.

Дисcертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.05 -- оптика, лазерная физика. Институт физики НАН Украины, Киев, 1999.

Экспериментальные исследования He-Ne/127I2 лазеров с накачкой поперечным высокочастотным разрядом показали, что нестабильность частоты излучения таких лазеров почти в шесть раз ниже нестабильности частоты лазера с накачкой разрядом постоянного тока и составляет 5?10-13 для времени усреднения 100 с. Более низкий уровень амплитудных шумов позволил провести экспериментальные исследования модуляционных сдвигов частоты излучения стабилизированных He-Ne/127I2 лазеров в широком диапазоне девиаций частоты 1,5-20 МГц с высокой точностью. Анализ нелинейной зависимости величины модуляционного сдвига от девиации частоты излучения лазера, полученной после отнимания рассчитанного модуляционного сдвига, обусловленного очевидным влиянием соседних компонент сверхтонкой структуры молекулы І2 на форму резонанса насыщенного поглощения, от полученных в эксперименте зависимостей позволил уточнить природу асимметрии резонансов насыщенного поглощения, которая состоит в совместном действии линзоподобных свойств нелинейно поглощающей среды и упругих столкновений молекул поглощающей среды, сопровождающихся изменением скорости.

Исследования параметров резонансов интенсивности флуоресценции в He-Ne/127I2 лазерах показали, что контрастности последних почти на порядок превышают контрастности резонансов насыщенного поглощения в выходной мощности лазера. При использовании резонансов интенсивности флуоресценции в качестве реперов для стабилизации частоты лазера нестабильность частоты составила 4?10-12 для времени усреднения 100 с. Сравнение экспериментальной зависимости модуляционного сдвига частоты He-Ne/127I2 лазера, стабилизированного по резонансам интенсивности флуоресценции, от девиации частоты излучения лазера с зависимостью, полученной для He-Ne/127I2 лазера, стабилизированного по резонансам насыщенного поглощения в выходной мощности лазера, позволило установить, что линзоподобные свойства поглощающей среды практически не влияют на форму резонансов интенсивности флуоресценции. Эти свойства делают резонансы интенсивности флуоресценции перспективными для использования в качестве эффективных реперов частоты.

Ключевые слова: резонансы насыщения поглощения, асимметрия резонансов, He-Ne/I2 лазер, накачка высокочастотным разрядом, стабильность частоты излучения, резонансы интенсивности флуоресценции.

Boyko O.V. Experimental investigations of intracavity saturated absorption resonances in He-Ne/I2 lasers pumped by rf-discharge. -- Manuscript.

Thesis for candidate of science degree in physics and mathematics by speciality 01.04.05 -- optics, laser physics. Institute of Physics of National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 1999.

The experimental investigations of He-Ne/127I2 lasers pumped by transverse rf-discharge have shown that the frequency instability of such lasers is about six times as low as the instability of the lasers pumped by dc-discharge. It is achieved 5?10-13 for the integration time 100 s. The sources of the asymmetry of saturated-absorption resonances were determined as the joint action of the lenslike properties of the absorbing medium and the elastic velocity-changing collisions of absorbing molecules. The first observation of the resonances of the fluorescence intensity of the intracavity absorbing gas in He-Ne/127I2 laser shown that their contrast is about one order larger than contrast of the saturated-absorption resonances in the output power and that the lenslike properties of the absorbing medium don't affect their shape. Due to these properties the resonances of the fluorescence intensity are efficient references for the laser frequency standards.

Key words: saturated-absorption resonance, asymmetry of resonances, He-Ne/I2 laser, rf-discharge pumping, frequency stability, fluorescence intensity resonance.

Размещено на Allbest.ru