Мачехін Юрій Павлович. Розвиток наукових основ стабілізованих за частотою лазерів та їх метрологічного забезпечення

brief description

Мачехін Юрій Павлович. Розвиток наукових основ стабілізованих за частотою лазерів та їх метрологічного забезпечення : Дис... д-ра наук: 05.11.15 2006

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.

У дисертаційній роботі подано результати розвитку фундаментальної і прикладної метрології в галузі вимірювання довжини. Спираючись на рекомендації по практичній реалізації метра, 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.
Наукові результати дисертації, отримані у процесі рішення проблеми, полягають у наступному.
1. Вперше досліджено й оптимізовано характеристики He-Ne лазерів і умови їх роботи в якості робочих і еталонних засобів вимірювання довжини. Для чого було проведено:
- теоретичні та експериментальні дослідження умов формування оптичних реперів на контурі потужності випромінювання в резонаторі одномодового і одночастотного Не-Nе лазера, у тому числі статичні і динамічні перекручування провалу Лемба, при яких забезпечуються високі метрологічні характеристики стабілізованої частоти випромінювання лазера;
- експериментальні і теоретичні дослідження нелінійних режимів розвитку іонізаційних хвиль у плазмі активних елементів газоразрядних лазерів;
- експериментальні дослідження просторових і часових характеристик іонізаційних хвиль по бічному спонтанному оптичному випромінюванню в капілярах активних елементів по розробленій, обгрунтованій і практично реалізованій методиці дослідження низькочастотних шумів у оптичному діапазоні;
- дослідження метрологічних характеристик і умов застосування He-Ne/127I2лазерів при створенні робочих еталонів одиниці довжини (частоти);
- дослідження основних принципів і структури побудови групової міри довжини (частоти) на базі стабілізованих за частотою лазерів для ДПЕ одиниці довжини;
- дослідження метрологічних характеристик He-Ne/127I2лазерів, що входять до складу ДПЕ одиниці довжини, у процесі міжнародних звірень стандартів довжини (частоти);
- дослідження методів передачі розміру одиниці довжини від робочих еталонів одиниці довжини до Не-Ne лазерів робочим засобам вимірювання довжини.
2. Вперше у результаті розвитки наукових основ засобів вимірювання довжини (частоти) на базі напівпровідникових лазерів зі стабілізацією частоти по природним реперам запропоновано:
- основні принципи методів контролю динаміки трансформації спектра випромінювання напівпровідникових лазерів у режимі реального часу;
- новий підхід до побудови багатобарвних джерел лазерного випромінювання на основі стабілізованих за частотою напівпровідникових лазерів;
- основи метрологічного забезпечення на базі фемтосекундного і He-Ne/127I2лазерів для напівпровідникових лазерів - засобів вимірювання довжини (частоти);
- основні принципи побудови робочих засобів вимірювання частоти для волоконно-оптичних ліній зв'язку на базі напівпровідникових лазерів з частотою , стабілізованою по лініях поглинання у молекулярних газах;
- умови застосування методів лазерної спектроскопії у дистанційній діагностиці газів в атмосфері, у тому числі з використанням волоконно-оптичних ліній зв'язку.
3. Вперше проведено дослідження фізичних основ методів аналізу результатів вимірювання у нелінійних динамічних системах з хаотичним режимом поводження, для чого:
- вивчено та обгрунтовано фізичні моделі і методи аналізу результатів вимірювань у нелінійних динамічних системах, у яких існує динамічний хаос;
- досліджено умови застосування методів фрактального аналізу для вивчення нестабільності частоти лазерів по часовим рядам вимірювань і використання фрактальної розмірності для кількісної і якісної оцінки поводження частоти випромінювання лазерів у режимі стабілізації.
У 1998 році за цикл наукових праць "Фізичні основи, розробка і створення високостабільних лазерних систем для метрології, аналітичних вимірювань і фундаментальних досліджень" колективу авторів, включаючи дисертанта, присуджено Державну премію України у галузі науки і техніки. Одна зі складових цього циклу робіт - дослідження, результати яких складають основу даної дисертації.