Развитие новых оптических стандартов частоты с использованием фотонных кристаллов, как основа прецизионных приботов

Abstract

Объектом исследования является влияние электромагнитных свойств фотонных кристаллов на условия формирования селективно-поглощающей среды, от которых зависят условия стабилизации частоты лазерного излучения. Предметом исследования является селективно-поглощающее среда для обеспечения системы стабилизации частоты лазеров стабильным частотным репером. Особая характеристика репера – использование поглощающих, охлажденных лазерным излучением молекул, локализованных в дефекте фотонного кристалла. Целью исследования является исследование физических явлений, процессов и технических условий, обеспечивающих размещение охлажденных молекул йода в дефектах фотонного кристалла и применение ансамбля «фотонный кристалл - охлажденные молекулы» для стабилизации частоты лазерного излучения. Реализация цели проекта осуществлена через выполнение задач: исследование физических условий формирования поля в дефекте фотонного кристалла; исследование физических условий эффективного механического перемещения нано-объектов от вакуумной камеры до фотонного кристалла; разработка экспериментального макета лазерного «пинцета» для исследований условий механического передвижения микро - и нано-объектов в различных средах; разработка чип-лазера с поглощающим средой — фотонным кристаллом. Методы исследования. В ходе выполнения работы применены современные методы исследований, математических моделирований и анализа. В частности, были применены методы теории поля, квантовой теории, теории лазерного охлаждения частиц, методы моделирования и исследование характеристик фотонных кристаллов с заданными характеристиками. Применены методы новой теории «Метрологии нелинейных динамических систем», которые позволяют выполнять измерения и оценивать неопределенность динамических переменных нелинейных динамических систем. Предложено оценивать температуру охлажденных частиц с помощью инструментов нелинейной метрологии, тогда как на практике эта процедура выполнялась динамическим методом. В работе получены следующие основные результаты: провдено исследование оптических свойств материалов, размещенных в дефекте фотонного кристалла; предложен технологию передачи охлажденных молекул йода с помощью лазерного пинцета; разработана технология сборки фотонного кристалла с необходимыми параметрами; спроектировано экспериментальное оборудование для проведения исследований; рассчитано макет Nd:YAG чип-лазера с внешним поглощающим средой; создан программный продукт для исследования фотонного кристалла с поглощающими молекулами и программный продукт, обеспечивающий расчет взаимодействия двух лазерных полей с молекулой. Результаты не имеют аналогов в отечественной и мировой науке, отражены в монографиях и диссертациях исполнителей. Практическая ценность исследования. Результаты работы могут быть применены в метрологии и приборостроении для создания эталонной базы нового поколения и разработки перспективных прецизионных измерительных приборов, что является одним из условий обеспечения развития современной промышленности навигации, связи. Могут быть применены в научных исследованиях и медицине. Их практическая реализация в средствах навигации и управления (оптические гироскопы и дальномеры) будет способствовать повышению обороноспособности страны. Результаты будут использованы при разработке оптического стандарта частоты на основе стабилизированного по частоте твердотельного Nd:YAG чип-лазера, при разработке оптического гироскопа на основе фотонного кристалла и чип-лазеров.