Введение к работе
Актуальность работы. 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 длины. 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]. Методы радиоспектроскопии и квантовой электроники обеспечили возможность более точного измерения времени и частоты. И, наконец, стабилизированные по частоте монохроматические лазеры (их длина волны) в настоящее время используются в качестве стандартов длины [2].
Новый революционный этап в измерении частот оптического диапазона, связан с использованием фемтосекундных лазеров [3-9]. Уникальные характеристики излучения лазеров с самосинхронизацией мод обуславливают их многочисленные применения в физике, технике, биологии и медицине [10-12].
Фемтосекундный лазер излучает непрерывную периодическую последовательность импульсов. Спектр излучения такого лазера представляет собой набор строго эквидистантных частотных компонент (мод), заполняющих значительную часть спектрального диапазона, соответствующего ширине линии усиления активной среды лазера. Моды привязанного к стандарту частоты фемтосекундного лазера задают метки на
оптической шкале, что обеспечивает возможность абсолютного измерения оптических частот.
Цель диссертационной работы - исследование системы «фемтосекундный лазер - интерферометр Фабри-Перо» для создания единого эталона времени, частоты и длины, а также прецизионного измерения различных параметров излучения фемтосекундного лазера.
Научная новизна. Впервые экспериментально
продемонстрировано, что при пропускании излучения лазера с самосинхронизацией мод через сканируемый интерферометр Фабри-Перо в интерференционной картине:
-
наблюдаются гребенки полос пропускания вблизи отношения оптических длин лазера L и интерферометра 7, удовлетворяющего условию - = — + «, где - - простая дробь, п - натуральное число;
-
расстояние между полосами пропускания пропорционально средней длине волны излучения лазера Л; и равно ^ ;
-
смещение гребенки полос относительно максимума её огибающей позволяет измерять сдвиг гребенки частот лазера, в том числе, с шириной спектра меньше октавы;
4)ширина гребенки полос пропускания обратно пропорциональна ширине линии излучения. Практическая значимость.
-
Продемонстрирована возможность создания фемтосекундной оптической линейки, что открывает путь создания единого эталона времени, частоты и длины.
-
Показано, что интерферометр Фабри-Перо может использоваться в качестве анализатора следующих параметров излучения лазера с самосинхронизацией мод:
- ширины спектра излучения,
Список цитируемых работ
[1]. Бакланов Е. В., Покасов П. В. Оптические стандарты частоты и
фемтосекундные лазеры (обзор) // Квантовая электроника. - 2003. Т. 33,
№ 5. - С.383-400. [2]. Ye J., Schatz Н., Holberg L. W. Optical Frequency Combs: From Frequency
Metrology to Optical Phase Control II IEEE Journal of Selected Topics in
Quantum Electronics. - 2003. - Vol. 9, no. 4. - P. 1041-1058 [3]. Hall J L, Ye J, Diddams S A, Ma L-S, Cundiff S T, Jones D J Ultrasensitive
spectroscopy, the ultrastable lasers, the ultrafast lasers, and the seriously
nonlinear eber: a new alliance for physics and metrology II IEEE J. Quantum
Electron. -2001.- Vol. QE-37 - P. 1482. [4]. Holzwarth R., Reichert J., Udem Th, Hansen T.W. II Laser Phys. - 2001. -
Vol. 11.-P. 1100. [5]. Hall J.L., Ye J. II Optics and Photonics News. - 2001. - Vol. 45. [6]. Udem Th, Holzwarth R, Hansen T.W. II Nature. - 2002. - Vol. 416. - P. 233. [7]. Hollberg L., Oates C.W., Curtis E.A., Ivanov E.N., Diddams S.A., Udem Th,
Robinson H.G., Bergquist 3.C., Rafac R.J., Itano W.M., Drallinger R.E.,
Wineland D.J. IIIEEEJ. Quantum Electron. - 2001. - Vol. 37. - P. 1052. [8]. Holzwarth R., Zimmermann M., Udem Th, Hansen T.W. II IEEE J.Quantum
Electron. -2001.- Vol. 37. - P. 1493. [9]. Diddams S.A, Udem Th, Bergquist J.C, Curtis E.A., Drallinger R.E.,
Hollberg L., Itano W.M., Lee W.D., Oates C.W., Vogel K.R, Wineland D.J.
II Science -2001.- Vol. 293. - P. 825. [10]. Rulliere С Femtosecond Laser Pulses. - Berlin, Heidelberg, New York:
Springer-Verlag., 1998. [11]. Крюков П.Г. II Квантовая электроника. - 2001. -Т. 31. - С. 95. [12]. Андреев А.В., Гордиенко В.М., Савельев А.Б. // Квантовая электроника.
-2001.-Т. 31.-С. 941.
[A5]. Basnak D. V., Dmitriev A. K., Lugovoj A. A., Pokasov P. V. Control of the frequency comb of a self-mode locking laser to a Fabry-Perot reference cavity IIIFOST. - 2009. - Poster Schedule, Poster 24.
[A6]. Баснак Д. В., Дмитриев А. К., Луговой А. А., Покасов П. В., Потехин А. К. Способ измерения сдвига гребенки частот лазера с самосинхронизацией мод // Патент РФ №2 410 653 Классы МПК: GO 1J 3/45, 2009г.
[А7]. Баснак Д. В., Бикмухаметов К. А., Дмитриев А. К., Дмитриева Н. П., Луговой А. А., Покасов П. В., Чепуров С. В. Измерение смещения гребенки частот излучения фемтосекундного лазера с помощью интерферометра Фабри - Перо // Квантовая Электроника. - 2010. - Т. 40, №8. - С. 733-738.
[А8]. Баснак Д. В., Бикмухаметов К. А., Дмитриев А. К., Дычков А. С, Кузнецов С. А., Луговой А. А., Мицзити П. Измерение сдвига частотной гребенки фемтосекундного лазерного излучения интерференционным методом // Квантовая Электроника. - 2012. - Т. 42, №1. С. 71-75.
[А9]. Basnak D. V., Bikmukhametov К. A., Chepurov S. V., Dmitrieva N.I., Kuznetsov А.А., Lugovoy A.A., Mijiti P., Pokasov P.V., Dmitriev A.K. Measurement of Femtosecond Laser Frequency Comb Shift with Fabry-Perot Interferometer II International Conference on Coherent and Nonlinear Optics -2010, ПЬЕЗ.
[A10]. Баснак Д. В., Бикмухаметов К. А., Дмитриев А. К. Интерферометрический контроль сдвига гребенки частот лазера с самосинхронизацией мод // «Актуальные проблемы электронного приборостроения» - 2010, Т. 5, С. 16-18.
средней длины волны,
смещения гребенки частот лазера.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Интервал между соседними полосами пропускания
сканируемого интерферометра Фабри-Перо равен if = —.
2. Расстояние между основными гребенками полос пропускания
интерферометра Фабри-Перо равно Al=c/(2frep).
3. Сдвиг гребенки полос пропускания излучения
фемтосекундного лазера интерферометром Фабри-Перо относительно её
огибающей пропорционален смещению гребенки частот лазера.
4. Ширина гребенки полос пропускания интерферометра Фабри-
Перо обратно пропорциональна ширине линии излучения фемтосекундного
лазера.
Апробация работы. Промежуточные результаты работы публиковались в периодических изданиях, а так же докладывались на следующих конференциях: XX International Conference on Atomic Physics - 2006, International Conference on Atomic Physics - 2008, IFOST - 2009. ICONO/LAT2010. АПЭП-2010
Публикации.
Соискатель имеет 10 опубликованных работ по теме диссертации, включая материалы конференций. Три работы [А4, А7, А8] опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных Высшей аттестационной комиссией. Получен патент Российской Федерации [А6].
Личный вклад автора.
Автором создана экспериментальная установка, проведены экспериментальные исследования. Существенный вклад внесен автором в расчетно-теоретические исследования, интерпретацию и формулировку
результатов исследований.
Структура и объем диссертации.
Похожие диссертации на Прецизионные измерения на основе фемтосекундного лазера и интерферометра Фабри-Перо
