РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ВЫСОКОТОЧНЫХ КОМПАКТНЫХ ЛАЗЕРНЫХ СТАНДАРТОВ ЧАСТОТЫ МИКРОВОЛНОВОГО И ОПТИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНОВ ДЛЯ РАЗВИТИЯ НАЗЕМНОЙ И КОСМИЧЕСКОЙ НАВИГАЦИИ И СВЯЗИ

Объектами исследований НИР в целом являются компактный оптический стандарт частоты Nd:YAG/I2, миниатюрный микроволновый стандарт частоты на основе резонансов когерентного пленения населённостей (КПН) и миниатюрный оптический стандарт частоты на основе субдоплеровских резонансов в поле встречных полихроматических волн, а также связанные с ними нелинейные оптические эффекты в атомарных и молекулярных газах. Цель исследований по проекту в целом заключается в разработке фундаментальных основ прецизионной лазерной спектроскопии атомов и молекул, а также связанных лазерных технологий для создания компактных версий высокоточных оптических и микроволновых стандартов частоты. Ключевые результаты НИР за 2024 г.: 1. Исследован сдвиг частоты часового перехода в квантовом стандарте частоты (КСЧ) на основе КПН при использовании метода стабилизации частоты аналогичного методу Паунда-Древера-Холла (ПДХ) и при управлении величиной индукции постоянного магнитного поля, необходимого для спектрального разделения часового перехода и магнито-чувствительных переходов. Продемонстрировано, что имеются оптимальные значения индукции магнитного поля, при которых сдвиг частоты КСЧ наименее чувствителен к вариациям величины магнитного поля. Показано, что увеличение частоты модуляции, используемой для формирования сигнала ошибки, не сказывается на кратковременной нестабильности КСЧ. 2. Исследован полевой сдвиг резонанса КПН при использовании СВЧ модуляции тока накачки лазера одновременно на нескольких частотах, кратных fHFS/2, где fHFS - частота сверхтонкого расщепления в основном состоянии атома щелочного металла. Исследования проводились с использованием атомов щелочного металла 87Rb на линии поглощения D1. Проводилась модуляция тока лазера с вертикальным резонатором (ЛВР), работающего в одночастотном режиме на длине волны 795 нм одновременно двумя СВЧ сигналами с частотами кратными половине частоте сверхтонкого расщепления в основном состоянии атома 87Rb. Частоты синтезировались от одного кварцевого генератора работающего на частоте 10 МГц. Одна частота соответствовала fHFS/2 (3,4 ГГц), а другая fHFS (6,8 ГГц) атома 87Rb. При перестройке кварцевого генератора в излучении света прошедшего через поглощающую ячейку с парами рубидия наблюдался КПН резонанс. Показано, что такая модуляция одновременно двумя частотами кратными половине частоте сверхтонкого расщепления в основном состоянии атома 87Rb приводит к нелинейному характеру зависимости светового сдвига частоты КПН резонанса от полной СВЧ мощности модулирующей ток лазера с вертикальным резонатором. 3. Построена теоретическая модель для описания нового метода измерения хроматической дисперсии оптических волокон, основанного на комбинации фемтосекундной частотной гребёнки и одноплечевого трёхволнового интерферометра. Этот метод отличается повышенными быстротой и точностью измерения такого важного параметра оптических волокон, как параметр хроматической дисперсии (D). Теоретическая модель позволила вывести аналитическое выражение для этого параметра, учитывающее второй порядок дисперсии групповых скоростей, что важно для проектирования сложных волоконных оптических систем в области квантовой метрологии (в частности, фемтосекундных волоконных лазеров, позволяющих проводить сравнения частот различных квантовых стандартов частоты). Задачи отчётного периода НИР выполнены полностью. Результаты соответствуют мировому уровню и могут быть использованы для развития спутниковой навигации, постановки прецизионных экспериментов на борту спутников и в других направлениях науки и техники.