Читать «Большая Советская Энциклопедия (ОП)» онлайн - страница 138

  Лит . см. при ст. .

  Г. Г. Слюсарев.

Оптические стандарты частоты

Опти'ческие станда'рты частоты' , квантовые стандарты частоты оптического диапазона. О. с. ч. по сравнению с радиодиапазона имеют важные преимущества: более высокую стабильность частоты ~10^–13 , а в перспективе ~10^–15 – 10^–16 (в диапазоне СВЧ — 10^–12 ); возможность создания в одном приборе эталонов частоты (т. е. времени) и длины (интерферометрические измерения длины волны).

  Основным элементом О. с. ч. является (2 на рис. 1 ), работающий в спец. режиме, который позволяет выделять из относительно широкой спектральной линии (см. ) чрезвычайно узкие пики, фиксирующие положение вершины спектральной линии n₀ (центральной частоты перехода). Спектральные линии газа в оптическом диапазоне из-за имеют тонкую структуру. Они состоят из смещённых линий однородной ширины, излучаемых отдельными атомами (рис. 2 ). В слабых световых полях эта структура не проявляется. В мощных же полях происходит избирательное поглощение энергии частицами, обладающими определённой скоростью, в результате чего в контуре спектральной линии «выжигаются» узкие провалы (минимумы мощности излучения) с шириной Г, равной однородной ширине линии (рис. 3 ). Т. к. в резонаторе лазера распространяются 2 волны, бегущие навстречу друг другу, то каждая из них резонансно поглощается «своей» группой атомов, отличающихся.знаком проекции скорости на ось резонатора: ±k , где k = с (n— n₀ )/n₀ . Поэтому в спектральной линии выжигаются 2 провала. Только если генерация лазера возбуждается на частоте резонатора, соответствующей вершине спектральной линии n₀ , обе бегущие волны поглощаются одними и теми же частицами и 2 провала сливаются в 1 (рис. 4 ).

  Этот эффект, обнаруженный в 1962—63 американскими учёными У. Ю. Лэмбом и У. Р. Беннеттом, дал возможность принять в качестве репера частоты частоту генерации лазера, «привязанную» к частоте n₀ квантового перехода не по доплеровской ширине (2 на рис. 2 ), а по однородной ширине Г линии, что даёт точность ~10^–10 – 10^–11 . Однако эта точность не была бы достигнута, если бы не был ослаблен эффект смещения (сдвиг) спектральной линии, обусловленный соударениями частиц газа между собой, что возможно при уменьшении давления. Для этого в резонатор лазера вводится ячейка с поглощающим газом (3 на рис. 1 ). Если при изменении частоты генерации в центре спектральной линии излучения появляется минимум мощности (рис. 4 ), то в центре линии поглощения этот же эффект приводит к максимуму мощности той же однородной ширины Г (рис. 5 , а). Благодаря низкому давлению в поглощающей ячейке (10^–3 мм рт . ст ., или 0,13 н /м ² ) эта частота стабильна. Осуществленный О. с. ч. с гелий-неоновой усиливающей и метановой поглощающей ячейками (l = 3,39 мкм ) имеет g = 300–500 кгц и относительную стабильность частоты ~10^–13 , что означает поддержание частоты ~10¹⁴ гц с точностью до 10 гц .