Spectroscopie in gettostijl: onderzoek naar het spectrum en de (veilige) gevaren van lasers. Verlenging van het spectrale bereik van de laser

Een laser is een generator van optische golven die de energie gebruikt van geïnduceerde emitterende atomen of moleculen in media met een omgekeerde populatie van energieniveaus, die de eigenschap hebben licht van specifieke golflengten te versterken. Om het licht vele malen te versterken wordt gebruik gemaakt van een optische resonator, die bestaat uit 2 spiegels. Vanwege op verschillende manieren Bij het pompen ontstaat er een actief medium in het actieve element.

Figuur 1 - Diagram van laserapparaat

Vanwege de bovenstaande omstandigheden wordt er een spectrum gegenereerd in de laser, zoals weergegeven in figuur 2 (het aantal lasermodi wordt bepaald door de lengte van de resonator):

Figuur 2 - Spectrum van longitudinale lasermodi

Lasers hebben een hoge mate van monochromaticiteit, een hoge mate van directionaliteit en polarisatie van straling met aanzienlijke intensiteit en helderheid, een hoge mate van temporele en ruimtelijke coherentie, kunnen worden afgestemd op golflengten en kunnen lichtpulsen van recordkorte duur uitzenden, in tegenstelling tot thermische lasers. lichtbronnen.

Tijdens de ontwikkeling van lasertechnologieën is er een grote lijst van lasers en lasersystemen ontstaan ​​die met hun kenmerken voldoen aan de behoeften van lasertechnologie, inclusief biotechnologie. Vanwege het feit dat de complexiteit van de structuur van biologische systemen en de aanzienlijke diversiteit in de aard van hun interactie met licht de noodzaak bepalen van het gebruik van vele soorten laserinstallaties in de fotobiologie, en ook de ontwikkeling van nieuwe lasermiddelen stimuleren, inclusief middelen voor het afgeven van laserstraling aan het object van onderzoek of beïnvloeding.

Net als gewoon licht wordt laserstraling gereflecteerd, geabsorbeerd, opnieuw uitgezonden en verstrooid door de biologische omgeving. Al deze processen bevatten informatie over de micro- en macrostructuur van het object, de beweging en vorm van de afzonderlijke onderdelen.

Monochromaticiteit is een hoge spectrale vermogensdichtheid van laserstraling, of een significante temporele coherentie van straling, die zorgt voor: spectrale analyse met een resolutie die verschillende ordes van grootte hoger is dan de resolutie van traditionele spectrometers; hoge graad selectiviteit van excitatie van een bepaald type moleculen in hun mengsel, wat essentieel is voor de biotechnologie; implementatie van interferometrische en holografische methoden voor het diagnosticeren van biologische objecten.

Doordat de laserstralen vrijwel evenwijdig zijn, wordt de lichtbundel bij toenemende afstand iets groter in diameter. Dankzij de genoemde eigenschappen van de laserstraal kan deze selectief verschillende gebieden van biologisch weefsel beïnvloeden, waardoor op een klein plekje een grote energiedichtheid of vermogen ontstaat.

Laserinstallaties zijn onderverdeeld in de volgende groepen:

1) Lasers met hoog vermogen die gebruik maken van neodymium, koolmonoxide, kooldioxide, argon, robijn, metaaldamp, enz.;

2) Lasers met energiezuinige straling (helium-cadmium, helium-neon, stikstof, kleurstoffen, enz.), die geen uitgesproken thermisch effect op lichaamsweefsels hebben.

Momenteel zijn er lasersystemen die straling genereren in de ultraviolette, zichtbare en infrarode gebieden van het spectrum. De biologische effecten veroorzaakt door laserstraling zijn afhankelijk van de golflengte en dosis van de lichtstraling.

In de oogheelkunde wordt vaak gebruik gemaakt van: excimeerlaser (met een golflengte van 193 nm); argon (488 nm en 514 nm); krypton (568 nm en 647 nm); helium-neonlaser (630 nm); diode (810 nm); ND:YAG-laser met frequentieverdubbeling (532 nm), die ook genereert bij een golflengte van 1,06 μm; 10-koolstofdioxidelaser (10,6 µm). De omvang van laserstraling in de oogheelkunde wordt bepaald door de golflengte.

Laserinstallaties krijgen hun naam in overeenstemming met het actieve medium, en een meer gedetailleerde classificatie omvat vastestof-, gas-, halfgeleider-, vloeibare lasers en andere. De lijst met vastestoflasers omvat: neodymium, robijn, alexandriet, erbium, holmium; gassen omvatten: argon, excimeer, koperdamp; tot vloeibare: lasers die werken op kleurstofoplossingen en andere.

De revolutie werd gemaakt door de opkomende halfgeleiderlasers vanwege hun efficiëntie vanwege hun hoge efficiëntie (tot 60 - 80% in tegenstelling tot 10-30% voor traditionele lasers), kleine afmetingen en betrouwbaarheid. Tegelijkertijd worden andere soorten lasers nog steeds op grote schaal gebruikt.

Een van de belangrijkste eigenschappen van het gebruik van lasers is hun vermogen om een ​​spikkelpatroon te vormen wanneer coherente straling wordt gereflecteerd door het oppervlak van een object. Licht dat door het oppervlak wordt verstrooid, bestaat uit chaotisch gelegen lichte en donkere vlekken - spikkels. Het spikkelpatroon wordt gevormd op basis van de complexe interferentie van secundaire golven van kleine verstrooiingscentra die zich op het oppervlak van het te bestuderen object bevinden. Vanwege het feit dat de overgrote meerderheid van de biologische objecten die worden bestudeerd een ruw oppervlak en optische heterogeniteit hebben, vormen ze altijd een spikkelpatroon en introduceren daardoor vervormingen in de uiteindelijke resultaten van het onderzoek. Het spikkelveld bevat op zijn beurt informatie over de eigenschappen van het te bestuderen oppervlak en de laag aan het oppervlak, die voor diagnostische doeleinden kan worden gebruikt.

Bij oogchirurgie worden lasers op de volgende gebieden gebruikt:

Bij cataractchirurgie: om de ophoping van cataract op de lens en de discisie van het achterste kapsel van de lens te vernietigen wanneer deze vertroebeld raakt in de postoperatieve periode;

Bij glaucoomchirurgie: bij het uitvoeren van lasergoniopunctie, trabeculoplastiek, excimeerlaserverwijdering van diepe lagen van de sclerale flap, bij het uitvoeren van een niet-penetrerende diepe sclerectomieprocedure;

Bij oogheelkundige oncochirurgie: om bepaalde soorten tumoren in het oog te verwijderen.

De belangrijkste eigenschappen inherent aan laserstraling zijn: monochromaticiteit, coherentie, directionaliteit, polarisatie.

Coherentie (van het Latijnse cohaerens, verbonden, verbonden) is het gecoördineerde optreden in de tijd van verschillende oscillerende golfprocessen met dezelfde frequentie en polarisatie; een eigenschap van twee of meer oscillerende golfprocessen die hun vermogen bepaalt, wanneer ze worden toegevoegd, om elkaar wederzijds te versterken of te verzwakken. Oscillaties worden coherent genoemd als het verschil in hun fasen gedurende het tijdsinterval constant blijft en bij het optellen van de oscillaties een oscillatie met dezelfde frequentie wordt verkregen. Het eenvoudigste voorbeeld twee coherente oscillaties - twee sinusoïdale oscillaties met dezelfde frequentie.

Golfcoherentie houdt in dat op verschillende punten van de golf oscillaties synchroon plaatsvinden; met andere woorden, het faseverschil tussen twee punten is niet gerelateerd aan de tijd. Gebrek aan coherentie betekent dat het faseverschil tussen twee punten niet constant is en dus in de loop van de tijd verandert. Deze situatie doet zich voor als de golf niet door een enkele stralingsbron wordt gegenereerd, maar door een groep identieke, maar onafhankelijke zenders.

Vaak eenvoudige bronnen zenden onsamenhangende oscillaties uit, terwijl lasers coherente oscillaties uitzenden. Dankzij deze eigenschap is laserstraling maximaal gefocusseerd, heeft deze het vermogen om te interfereren, is ze minder gevoelig voor divergentie en heeft ze het vermogen om een ​​hogere spot-energiedichtheid te verkrijgen.

Monochromaticiteit (Griekse monos - één, slechts + chroma - kleur, verf) - straling van één specifieke frequentie of golflengte. De straling kan voorwaardelijk als monochromatisch worden aanvaard als deze binnen het spectrale bereik van 3-5 nm valt. Als er in een systeem maar één elektronische overgang van de aangeslagen naar de grondtoestand is toegestaan, ontstaat er monochromatische straling.

Polarisatie is symmetrie in de verdeling van de richting van de elektrische en magnetische veldsterktevector in een elektromagnetische golf met betrekking tot de richting van zijn voortplanting. Een golf wordt gepolariseerd genoemd als er twee onderling loodrechte componenten van de intensiteitsvector zijn elektrisch veld oscilleren met een constant faseverschil in de tijd. Niet-gepolariseerd - als veranderingen chaotisch plaatsvinden. IN lengtegolf het optreden van polarisatie is niet mogelijk, omdat verstoringen in de dit type golven vallen altijd samen met de voortplantingsrichting. Laserstraling is sterk gepolariseerd licht (van 75 tot 100%).

Directionaliteit (een van de meest belangrijke eigenschappen laserstraling) - het vermogen van straling om een ​​laser te verlaten in de vorm van een lichtbundel met een zeer lage divergentie. Dit kenmerk is het eenvoudigste gevolg van het feit dat het actieve medium zich in een resonator bevindt (bijvoorbeeld een vlak-parallelle resonator). In een dergelijke resonator worden alleen elektromagnetische golven ondersteund die zich langs de as van de resonator of in de directe nabijheid daarvan voortplanten.

De belangrijkste kenmerken van laserstraling zijn: golflengte, frequentie, energieparameters. Deze kenmerken zijn biotropisch, dat wil zeggen dat ze het effect van straling op biologische objecten bepalen.

Golflengte ( l) vertegenwoordigt de kleinste afstand tussen twee aangrenzende oscillerende punten van dezelfde golf. In de geneeskunde wordt de golflengte vaak gespecificeerd in micrometers (μm) of nanometers (nm). Afhankelijk van de golflengte veranderen de reflectiecoëfficiënt, de penetratiediepte in lichaamsweefsel, de absorptie en het biologische effect van laserstraling.

De frequentie karakteriseert het aantal oscillaties dat per tijdseenheid wordt uitgevoerd en is het omgekeerde van de golflengte. Meestal uitgedrukt in hertz (Hz). Naarmate de frequentie toeneemt, neemt de energie van het lichtkwantum toe. Ze onderscheiden zich: de natuurlijke frequentie van straling (voor een enkele laseroscillatiegenerator is onveranderd); modulatiefrequentie (kan in medische lasersystemen variëren van 1 tot 1000 Hz). De energieparameters van laserbestraling zijn ook van groot belang.

Het is gebruikelijk om bij het doseren drie belangrijke fysieke kenmerken te onderscheiden: stralingsvermogen, energie (dosis) en dosisdichtheid.

Stralingsvermogen (stralingsflux, stralingsenergieflux, R) - vertegenwoordigt de totale energie die door licht per tijdseenheid door een bepaald oppervlak wordt overgedragen; gemiddeld vermogen electromagnetische straling, die via elk oppervlak wordt overgedragen. Meestal gemeten in watt of veelvouden.

Blootstelling aan energie (stralingsdosis, H) is de energiebestraling door de laser gedurende een bepaalde tijdsperiode; de kracht van een elektromagnetische golf die per tijdseenheid wordt uitgezonden. Gemeten in [J] of [W*s]. Het vermogen om te werken is fysieke betekenis energie. Dit is typisch wanneer het werk met fotonen veranderingen in weefsel aanbrengt. Het biologische effect van lichtbestraling wordt gekenmerkt door energie. In dit geval treedt hetzelfde biologische effect op (bijvoorbeeld bruinen), als in het geval van zonlicht, wat kan worden bereikt zonder hoge spanning en blootstellingsduur of hoog vermogen en lage blootstelling. De verkregen effecten zullen identiek zijn, met dezelfde dosis.

Dosisdichtheid “D” is de ontvangen energie per eenheid blootstellingsgebied. De SI-eenheid is [J/m2]. Er wordt ook gebruik gemaakt van een weergave in eenheden van J/cm 2, vanwege het feit dat de getroffen gebieden doorgaans in vierkante centimeters worden gemeten.

Echte straling bevat niet één specifieke oscillatiefrequentie, maar een bepaalde reeks verschillende frequenties, het spectrum of de spectrale samenstelling van deze straling genoemd. Van straling wordt gesproken als monochromatisch als deze een zeer smal bereik aan frequenties (of golflengten) bevat. In het zichtbare gebied produceert monochromatische straling een lichtgevoel van een bepaalde kleur; straling die het golflengtebereik van 0,55 tot 0,56 μm bestrijkt, wordt bijvoorbeeld waargenomen als groene kleur. Hoe smaller het frequentiebereik van een bepaalde straling, hoe monochromatischer deze is. Formule (1.2) verwijst naar idealiter monochromatische straling die één oscillatiefrequentie bevat.

Hete vaste stoffen en vloeibare lichamen zenden een continu (of continu) spectrum uit elektromagnetische golven zeer breed frequentiebereik. Lichtgevende, ijle gassen zenden een lijnenspectrum uit dat bestaat uit individuele monochromatische straling die spectraallijnen worden genoemd; Elke spectraallijn wordt gekenmerkt door een specifieke oscillatiefrequentie (of golflengte) die zich in het midden van het smalle frequentiebereik bevindt dat hij bestrijkt. Als de stralingsbronnen geen individuele (geïsoleerde, vrije) atomen zijn, maar gasmoleculen, dan bestaat het spectrum uit banden (banded spectrum), waarbij elke band een groter continu golflengte-interval bestrijkt dan de spectraallijn.

Het lijn(atomaire) spectrum van elke stof is er kenmerkend voor; Dankzij dit is spectrale analyse mogelijk, dat wil zeggen bepaling chemische samenstelling stoffen volgens de golflengten van de spectraallijnen van de straling die ze uitzenden.

Laten we aannemen dat een elektromagnetische golf zich voortplant langs een bepaalde rechte lijn, die we een straal zullen noemen. U kunt geïnteresseerd zijn in de verandering in vector op een bepaald punt van de straal met stroming

tijd; het is mogelijk dat c. Op dit punt verandert niet alleen de grootte van de vector, zoals volgt uit formule (1.2), maar ook de oriëntatie van de vector in de ruimte. Vervolgens kunt u de grootte en richting van de vector op verschillende punten van de straal vastleggen, maar op een bepaald tijdstip. Als blijkt dat op verschillende punten langs de bundel alle vectoren in hetzelfde vlak liggen, wordt de straling vlakgepolariseerd of lineair gepolariseerd genoemd; Dergelijke straling wordt geproduceerd door een bron die tijdens het stralingsproces het trillingsvlak handhaaft. Als het trillingsvlak van de golfbron in de loop van de tijd verandert, ligt de vector in de golf niet in een bepaald vlak en zal de straling niet vlakgepolariseerd zijn. In het bijzonder is het mogelijk een golf te verkrijgen waarbij de vector uniform rond de bundel roteert. Als de vector volledig willekeurig van oriëntatie rond de straal verandert, wordt de straling natuurlijk genoemd. Dergelijke straling wordt verkregen uit lichtgevende vaste, vloeibare en gasvormige lichamen, waarin de vlakken, trillingen van de elementaire bronnen van genezing – atomen en moleculen – willekeurig in de ruimte zijn georiënteerd.

De eenvoudigste straling is dus een monochromatische, vlakgepolariseerde golf. Het vlak waarin de vector en de vector van de voortplantingsrichting van de golf liggen, wordt het oscillatievlak genoemd; het vlak loodrecht op het oscillatievlak (dat wil zeggen het vlak waarin de vector H ligt) wordt het polarisatievlak genoemd.

De voortplantingssnelheid van elektromagnetische golven in een vacuüm is een van de belangrijkste natuurkundige constanten en is gelijk aan

In andere media is het kleiner dan k en wordt het bepaald door de formule (zie Deel III, § 29)

waar zijn respectievelijk de diëlektrische en magnetische permeabiliteiten van het medium.

Wanneer straling van het ene medium naar het andere gaat, blijft de oscillatiefrequentie in de golf behouden, maar verandert de golflengte K; Tenzij anders aangegeven, geeft K gewoonlijk de golflengte in vacuüm aan.

Hierboven werd vermeld dat zichtbare straling (die wij licht noemen) golflengten bestrijkt van 400 tot, met speciale oogtraining, licht met een golflengte van 320 tot 900 nm. Een breder bereik aan golflengten van 1 cm tot , dat ook de ultraviolette en infrarode gebieden bestrijkt, wordt optische straling genoemd.

Vaak wordt ons de vraag gesteld: wat betekenen deze letters in de beschrijving van radardetectoren: X, K, Ka, L, POP, VG-2?

X, K En Ka Dit zijn de radiofrequentiebereiken waarin politieradars opereren.

L(laser) - betekent het vermogen om laserradars (lidars) te detecteren

KNAL- dit is geen bereik, dit is de bedrijfsmodus van een politieradar (en voor een radardetector: de detectiemodus).

VG-2 dit is een detectiesysteem voor radardetectoren (en bij radardetectoren dus bescherming tegen dergelijke detectie)

Laten we dit eens nader bekijken.

Bereik X(10,475 tot 10,575 GHz) - De oudste radiofrequentieband die wordt gebruikt voor snelheidsregeling. Chauffeurs van de oudere generatie herinneren zich de grote radars die de politie in de USSR gebruikte, vergelijkbaar met een grote grijze pijp, daarom kregen ze de naam “pijp” of “koplamp”. Nu zijn er bijna geen meer over. Persoonlijk was de laatste keer dat ik zoiets op de wegen van Oekraïne zag in 2007. Als u een radardetector, zelfs de goedkoopste, in gebruik heeft, heeft u gemakkelijk de tijd om langzamer te gaan rijden, omdat... De werksnelheid van deze radars is laag.

K-band(24,0 tot 24,25 GHz) - K-band is het meest voorkomende bereik waarin de meeste politieradars momenteel werken. Dit bereik werd in 1976 in de VS geïntroduceerd en wordt nog steeds wereldwijd veel gebruikt voor snelheidsdetectie. K-band radars zijn kleiner en lichter dan X-band radars, en ook meer hoge snelheid werk. Dit bereik wordt gebruikt door de radars "Vizir", "Berkut", "Iskra", enz. Die allemaal in onze winkel worden gepresenteerd, detecteren het K-bereik.

Ka-band(33,4 tot 36,0 GHz) is een nieuwer bereik. Radars die binnen dit bereik werken, zijn nauwkeuriger. Voor radardetectoren is het detecteren van dit bereik moeilijker. Alle moderne radardetectoren detecteren radarstraling in de Ka-band, maar aangezien dergelijke politieradars zeer snel werken, is het geen feit dat u voldoende vaart kunt minderen om te voorkomen dat u wordt gepakt. Wees voorzichtig!

Laserbereik. Radars (lidars) die in het laserbereik opereren, zijn een nachtmerrie voor een indringer. Het wordt gebruikt door flitsers, zoals het TruCam-apparaat. Een lasersnelheidsmeter zendt een straal uit in het infraroodspectrum. De laserstraal reflecteert door de koplampen van een auto of kentekenplaat en keert terug, en aangezien dit allemaal met de snelheid van het licht gebeurt, heb je simpelweg geen kans om te vertragen. Als uw radardetector heeft gemeld dat er een laser is gedetecteerd, betekent dit dat u al bent betrapt: (Het is een andere zaak als u helemaal niet bent betrapt en de radardetector het gereflecteerde signaal heeft ‘gevangen’, dan heeft u misschien nog geluk.
Alle radardetectoren die in onze winkel worden gepresenteerd, hebben de laserradardetectiefunctie. Maar de meest effectieve (de enige betrouwbare!) manier om lasergeweren te bestrijden zijn de zogenaamde "shifters" - apparaten die de lasersnelheidsmeter misleiden. Onze winkel presenteert het Beltronics SHIFTER ZR4-complex, waarmee u laserdetectie kunt detecteren en beschermen. Dit is wat u echt in staat stelt uzelf tegen TruCam te beschermen! Beltronics Shifter ZR4 kan zelfstandig werken of in combinatie met Beltronics radardetectoren.

POP-modus- dit is de werkingsmodus van een politieradar waarin deze gedurende een zeer korte tijd (tientallen milliseconden) uitzendt. Vaak is dit voldoende om de snelheid te bepalen, maar de snelheid wordt niet geregistreerd en de verkeersagent heeft in principe niets te laten zien. Maar hij zal het presenteren, wees gerust. De meeste radardetectoren kunnen in deze modus signalen detecteren, en velen forceren dat deze modus wordt ingeschakeld. In deze modus is uw radardetector gevoeliger voor interferentie, dus gebruik hem buiten de stad.

VG-2-Dit is een anti-detectiemodus voor uw radardetector. In sommige Europese landen en in sommige staten van de VS is het gebruik van radardetectoren verboden. Daarom is de politie bewapend met zogenaamde radardetectoren (Radar Detector Detector-RDD). Ze detecteren specifieke straling die de radardetector produceert tijdens bedrijf. Zo kan een politieagent op afstand weten dat u een radardetector in uw auto heeft geïnstalleerd. Alle moderne radardetectoren zijn beschermd tegen detectie door VG-2-apparaten. Het grappige is dat VG-2 een systeem is dat begin jaren 90 is uitgevonden en momenteel praktisch niet wordt gebruikt. Nu gebruiken politieagenten de nieuwe Spectre (Stalcar) RDD-systemen. Deze RDD's zijn erg moeilijk te verdedigen, bijna geen enkele radardetector op de markt kan zich verdedigen tegen het Spectre-systeem, behalve de Beltronics STI Driver-radar - dit ding is 100% onzichtbaar.

Na het lezen van dit artikel krijgt u misschien de indruk dat radardetectoren geen zin hebben - het helpt nog steeds niet. Het is helemaal niet zo. Ten eerste werken de meeste radars in de K- en Ka-banden, zodat u vooraf gewaarschuwd wordt en tijd heeft om de snelheid te verminderen.

Lasergeweren en stationaire lasercamera's vormen een probleem. Aan de andere kant zijn er maar heel weinig van dergelijke apparaten, ze zijn meerdere malen duurder dan een conventionele radar en komen minder vaak voor dan conventionele K-band radars, zelfs in de VS, laat staan ​​in Oekraïne. Dergelijke radars kunnen niet in de hand worden gebruikt, alleen vanaf een statief of permanent gemonteerd.Voor honderd procent bescherming tegen laserradars heb je een shifter nodig - duur maar betrouwbaar.

Zelfs de eenvoudigste "radardetector" detecteert de meeste K-bandradars van tevoren, op voldoende afstand om te kunnen stoppen. Mijn favoriete middengeprijsde radars zijn Stinger- beter beschermd tegen interferentie en heeft een grotere gevoeligheid. Welnu, de eersteklas radardetectoren van Beltronics en vooral de STI Driver zijn meer dan concurrerend!

Veel succes op de wegen!

OPTISCHE FREQUENTIENORMEN - lasers met een frequentie die stabiel is in de tijd (10 -14 - 10 -15), de reproduceerbaarheid ervan (10 -13 - 10 -14). O. s. uren worden gebruikt in de natuurwetenschappen. onderzoeken en praktisch vinden toepassing in metrologie, locatie, geofysica, communicatie, navigatie en werktuigbouwkunde. Frequentieverdeling O.s. uur voordat het radiobereik het mogelijk maakte een tijdschaal te creëren op basis van het gebruik van de optische periode. .
O. s. h. voordelen hebben vergeleken met kwantumfrequentiestandaarden Microgolfbereik: experimenten met betrekking tot het meten van de frequentie bij het gebruik van lasers vergen minder tijd, omdat abs. de frequentie is 10 4 - 10 5 keer hoger dan niet-laserfrequentiestandaarden. Buikspieren. intensiteit en breedte, die frequentiereferenties zijn, in optisch. bereik 10 5 - 10 6 keer meer dan in het magnetronbereik, bij hetzelfde relatieve. breedte. Hiermee kunt u O. s. uren met een hogere korte duur. Frequentie Stabiliteit. Bij het delen van de frequentie van O. s. h. verwijst naar het radiobereik. de breedte van de emissielijn verandert praktisch niet (als een microgolfstandaard wordt gebruikt, wordt het fluctuatiespectrum van het signaal aanzienlijk groter wanneer de frequentie 10 5 - 10 6 keer wordt vermenigvuldigd). De rol van kwadratisch Doppler effect, waardoor de levensduur wordt beperkt. frequentiestabiliteit en reproduceerbaarheid zijn hetzelfde.

Het principe van stabilisatie. Stabilisatie van de laserfrequentie, evenals radiostandaarden, is gebaseerd op het gebruik van spectraallijnen van atomair of moleculair gas (optische referentiepunten), met het centrum waarvan de frequentie is “gekoppeld” v door het gebruiken van elektronisch systeem automatisch frequentie aanpassingen. Omdat laserversterkingslijnen de bandbreedte doorgaans aanzienlijk overschrijden optische resonator, dan instabiliteit ( v) frequenties v De generatie wordt in de meeste gevallen bepaald door een optische verandering. resonatorlengte Main. bronnen van instabiliteit l zijn thermische drift, mechanisch. en akoestisch verstoringen van structurele elementen, fluctuaties van de brekingsindex van gasontladingsplasma. Optisch gebruiken referentiepunt produceert het autotuningsysteem een ​​proportioneel signaal. de grootte en het teken van de ontstemming tussen de frequentie v en frequentie v 0 midden van de spectraallijn, met behulp waarvan de laserfrequentie wordt afgestemd op het midden van de lijn ( = v - v 0= 0). Heeft betrekking op. instelnauwkeurigheid omgekeerd evenredig het product van de spectraallijn ( - lijnbreedte) en de signaal-ruisverhouding tijdens de weergave.
Om een ​​smalle emissielijn en een hoge korte duur te verkrijgen. frequentiestabiliteit (stabiliteit in de loop van de tijd), is het noodzakelijk om benchmarks te gebruiken met een voldoende hoge intensiteit met een breedte die het karakteristieke bereik van frequentiestoringen aanzienlijk overschrijdt. gaslasers karakteristieke breedte van het akoestische spectrum. verstoringen ~ 10 3 - 10 4 Hz, daarom is de vereiste resonantiebreedte Hz (relatieve breedte 10 -9 - 10 -10). Hierdoor is het gebruik van automatische systemen mogelijk. frequentieaanpassingen met een brede band (10 4 Hz) voor eff. onderdrukking van snelle fluctuaties in de resonatorlengte.
Om een ​​hoge duurzaamheid te bereiken. stabiliteit en frequentiereproduceerbaarheid zijn optisch vereist. lijnen met een hoge kwaliteitsfactor, omdat dit de invloed van ontbinding vermindert. factoren op frequentieverschuivingen van het lijncentrum.

Optische benchmarks. De methoden die in het microgolfbereik werden gebruikt voor het verkrijgen van smalle spectraallijnen bleken niet toepasbaar in optische toepassingen. spectrale gebied (Doppler-verbreding is klein in het microgolfbereik). Voor O.s. Bijzonder belangrijk zijn de methoden die het mogelijk maken resonanties in het midden van de spectraallijn te verkrijgen. Dit maakt het mogelijk om de stralingsfrequentie direct te relateren aan de frequentie van de kwantumovergang. Drie methoden zijn veelbelovend: de methode van verzadigde absorptie, twee-fotonenresonantie en de methode van op afstand van elkaar geplaatste optische bundels. velden. Basis Resultaten op het gebied van laserfrequentiestabilisatie werden verkregen met behulp van de verzadigde absorptiemethode, die is gebaseerd op de niet-lineaire interactie van tegenvoortplantende lichtgolven met een gas. Een niet-lineaire absorberende cel met gas onder lage druk kan zich binnen de laserholte (actieve referentie) en daarbuiten (passieve referentie) bevinden. Vanwege het verzadigingseffect (egalisatie van de populatieniveaus van gasdeeltjes in een sterk veld) verschijnt er een dip met een uniforme breedte in het midden van de Doppler-verbrede absorptielijn, de randen kunnen 10 5 - 10 6 keer kleiner zijn dan de Doppler-breedte. In het geval van een interne absorberende cel leidt een afname van de absorptie in het midden van de lijn tot het verschijnen van een smalle piek in de contour van de afhankelijkheid van vermogen van de opwekkingsfrequentie. Breedte van niet-lineaire resonantie in moleculair gas lage druk wordt voornamelijk bepaald door botsingen en effecten veroorzaakt door de eindige vluchttijd van een deeltje door een lichtstraal. Een afname van de resonantiebreedte gaat gepaard met een scherpe daling van de intensiteit ervan (evenredig met de kubus van druk).
Naib. smalle verzadigde absorptieresonanties met een breedte van 10 -11 werden verkregen in CH4 op componenten E oscillerend roteren. lijnen R(7) strepen v 3 (zie Moleculaire spectra), die zich dicht bij het midden van de versterkingslijn van de helium-neonlaser bevinden op = 3,39 micron. Om de versterkings- en absorptielijnen nauwkeurig uit te lijnen, gebruikt u 22 Ne en verhoogt u de He-druk in actieve omgeving laser of plaats het actieve medium in een magnetisch veld. veld (voor E-Componenten).
Schema O. s. h., met behulp van ultra-smalle resonantie (met een relatieve breedte van 10 -11 - 10 - 12 ) als referentie, bestaat uit een hulpfrequentiestabiele laser 2 met een smalle stralingslijn, een afstembare laser 2 en een systeem voor het verkrijgen van een smalle resonantie (Fig. 1). De smalle emissielijn van een afstembare laser, die wordt gebruikt om een ​​ultrasmalle resonantie te verkrijgen, wordt verzekerd door fasesynchronisatie van deze laser met een stabiele laser.

Rijst. 1. Schema van de optische frequentiestandaard: FFA - frequentie-fase auto-tuning; SUR - systeem voor het verkrijgen van ultra-smalle resonantie; AFC - automatisch frequentiecontrolesysteem; ZG - geluidsgenerator; RG - radiogenerator; D - fotodetector.

We zullen nog een lange tijd hebben. De stabiliteit van de afstembare laser wordt bereikt door de frequentie soepel aan te passen tot de maximale ultra-smalle resonantie met behulp van een extreem auto-tuning-systeem. In dit geval is het mogelijk om tegelijkertijd te ontvangen hoge waarden korte termijn en langdurig. stabiliteit en frequentiereproduceerbaarheid.
Frequentie Stabiliteit. Naib. hoge frequentiestabiliteit werd verkregen in het IR-bereik met een He - Ne-laser ( = 3,39 μm) met interne. absorptie cel. Omdat buikspieren. de frequentie ervan is bekend van hoge nauwkeurigheid(10 -11), dan kan deze laser als stand-alone laser gebruikt worden. secundaire frequentiestandaard voor het meten van abs. frequenties in optisch en IR-bereiken. De emissielijnbreedte van een dergelijke laser is 0,07 Hz (Fig. 2). Frequentiestabiliteit voor middelingstijden = 1 - 100 s is gelijk aan 4 x 10 -15 (Fig. 3).
We zullen nog een lange tijd hebben. stabiliteit en frequentiereproduceerbaarheid van He - Ne-lasers met telescoop. straalexpansie, gestabiliseerd door resonanties in CH 4 op absorptielijnen F 2 2 en E(zie hierboven) met een kwaliteitsfactor van ~10 11, bereik ~10 -14. De belangrijkste factor die de reproduceerbaarheid en nauwkeurigheid van de frequentie beperkt, is kwadratisch.

Lett.: Basov N.G., Letokhov V.S., Optische frequentiestandaarden, "UFN", 1968, v. 96, p. 585; Jennings D.A., Petersen F.R., Evenson K.M., Directe frequentiemeting van de 260 THz (1,15 mm) 20 Ne-laser en hoger, in: Laserspectroscopie. IV. Proc. 4e stagiair. Conf., Rottach-Egern, Fed. Rep. van Duitsland, 11 - 15 juni 1979, uitg. door H. Walther, K.W. Kothe, V. -, 1979, p. 39; Proceedings van het derde symposium over Freq. Standaarden en metrologie, Aussois, Frankrijk, 12 - 15 oktober. 1981, "J. Phys.", 1981, v. 42, Colloq. S8, nr. 12; Bagaev S.N., Chebotaev V.P., Laserfrequentiestandaarden, "UFN", 1986, v. 148, p. 143; Knight D. J. E., Een tabel met absolute laserfrequentiemetingen, "Metrologia", 1986, v 22, p. 251.

V. P. Chebotaev.