В реальных устройствах, чтобы не создавать систему из трёх связанных интерферометров Фабри – Перо, используются клиновидные подложки для зеркал P1 и P2. Чтобы полосы равной толщины от клина были частыми и не портили вид многолучевой интерференции, угол клина выбирается достаточно большим. Специальные сканирующие интерферометры Фабри – Перо с перемещением зеркал (например, пьезоэлементом) и фотоэлектрической регистрацией используются для исследования спектров в видимой, ИК и в сантиметровой области длин волн. Интерферометр Фабри – Перо идеально подходит для сравнения длин волн узких спектральных линий.
Разновидностью интерферометров Фабри – Перо являются оптические резонаторы лазеров, излучающая среда которых располагается между зеркалами интерферометра. Разность частот Dn между соседними продольными модами в излучении лазеров зависит от расстояния между зеркалами резонатора l : Dn = c/2l. Перемещение одного из зеркал на величину dl приводит к изменению разностной частоты на d(Dn) = cdl/2l2, которое может быть измерено с помощью фотоприёмника радиотехническими методами. Это используется в лазерных интерферометрах, предназначенных для измерения длин объектов и их перемещений.
До недавнего времени оптические частоты (в видимом диапазоне) определялись из измеренной длины волны и последующего пересчета через скорость света. В 1979 г. проведены абсолютные измерения частоты видимого диапазона [6]. Существовавшие способы измерения частоты в радиодиапазоне обеспечивали на много порядков более высокую точность, чем измерения длины.
Стандарты частоты микроволнового диапазона
Эволюция службы времени и частоты насчитывает несколько этапов, последний из которых характеризуется появлением в 1950‑х гг. квантовых мер частоты (КМЧ). Наиболее совершенные из них работают в диапазоне 1010 Гц: мазер на аммиаке (23870129 кГц), водородный мазер (1420405,7518 кГц), атомно-лучевые трубки на таллии (2131083,394 кГц), рубидии-87 (6834682 кГц), цезии-133 (9192631,770 кГц). Используют также двойной оптический резонанс в рубидии на указанной частоте. В генераторах линии излучения уже, чем в пассивных атомно-лучевых стандартах, но в последних частота излучения практически не отличается от невозмущенного значения перехода. С наименьшей погрешностью частоту воспроизводит стандарт на основе пучка атомов цезия. Наибольшей стабильностью характеризуется водородный мазер с длиной волны в области 21 см, поэтому в состав первичного эталона единиц времени и частоты в 1976 г. вошел комплекс цезиевого и водородных реперов [8], обеспечивающий погрешность воспроизведения частоты, равную 1×10-13. Успехи, достигнутые позднее с водородными генераторами, позволяют рассчитывать на погрешность воспроизведения частоты, равную 1×10-14.
Радиооптический частотный мост
Предложение авторов [7] о стабилизации частоты излучения по пикам поглощения открыло возможность повышения воспроизводимости частоты лазеров на несколько порядков. Стабильность лазерных генераторов частоты стала сравнимой со стандартами частоты микроволнового диапазона. По существу стандартами частоты на основе газоразрядных лазеров являются те же лазеры, стабилизированные по насыщенному поглощению, которые предполагается использовать и в качестве эталонов длины.
Для передачи единицы частоты от первичного эталона в оптический диапазон создано несколько вариантов радиооптического частотного моста (РОЧМ). В нем осуществляется синтез частот микроволнового и оптического диапазонов. Два варианта РОЧМ представлены на рис. 13. На рис. 13 а передача единицы частоты происходит следующим образом. Частоту клистрона измеряют частотомером, калибруемым цезиевым или рубидиевым стандартом частоты. Двенадцатая гармоника частоты клистрона смешивается с излучением HCN-лазера (337 мкм, 890670 МГц). Умножителем и смесителем является МОП-диод (металл – окисел – полупроводник). Разностную частоту измеряют для определения частоты излучения HCN-лазера. При необходимости ее используют для подстройки частоты HCN-лазера до требуемого значения. Если HCN-лазер стабилизирован, например, по поглощению в дифторэтилене, такой необходимости нет. На втором этапе данной цепи четвертая гармоника частоты излучения HCN-лазера смешивается с излучением H2O-лазера (84 мкм, 3557143 МГц), в парах воды находится дейтерий. Умножителем и смесителем является МОМ-диод (металл – окисел – металл). Снова измеряют разностную частоту и определяют частоту излучения H2O-лазера. Далее восьмая гармоника излучения H2O-лазера смешивается с излучением CO2-лазера (10,53 мкм, 28457144 МГц), измеряется частота этого CO2-лазера, стабилизированного по поглощению OsO4. На следующем этапе смешиваются частоты двух стабилизированных CO2-лазеров, у второго длина волны 10,18 мкм (29442483 МГц). После измерения частоты второго CO2/OsO4-лазера, третья гармоника его излучения смешивается с излучением He-Ne/CH4-лазера (3,3913 мкм, 88376181 МГц). Таким образом, единица частоты (Гц) передана в ИК-диапазон – от первичного эталона до He-Ne/CH4-лазера [9].
 |
В течение ряда лет единица частоты передавалась в видимый диапазон с помощью отношения длины волны 3,39 мкм и длины волны видимого диапазона, которое измерялось интерференционным способом [10]. Авторы работы [6] провели прямые измерения частоты He-Ne/127I2-лазера: пику g линии R(127) 5(Х) – 11 (В) соответствует 473612340492 кГц, пику i – 473612214789 кГц. Последнее значение примерно на 11 кГц отличается от рекомендованного при переходе на новое определение метра.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.