Анотація до роботи:

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/¹²⁷I₂ лазерів 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/¹²⁷I₂ лазерів, 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/¹²⁷I₂ лазерів 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.

Публікації автора:

1. Дорогая Л.Н., Зайцев В.Л., Зимокосов Г.А., Мачехин Ю.П. Расчет одномодовых лазеров для измерительных интерферометров //Метрология. - 1986. - №1. - С. 46-49.

2. Зимокосов Г.А., Мачехин Ю.П., Соловьев В.С. Гелий-неоновые стабилизированные лазеры // Обзорная информация, сер. "Образцовые и высокоточные средства измерений", ВНИИКИ.-М.: 1988, вып. 1.-40 с.

3. Способ индикации поперечных мод в излучении Не-Ne лазера, стабилизированного по провалу Лэмба: А.с.1333175 СССР, МКИ Н01 S3/00/ Г.А. Зимокосов, Ю.П. Мачехин, А.В. Николаев (СССР).-№3930679; Заявлено11.07.85; Опубл. 22.04.87. ДСП.

4. Способ контроля состава рабочей среды Не-Ne лазера: А.с.1445495 СССР, МКИ Н01 S3/22/ В.П. Зайцев, Г.А. Зимокосов, Ю.П. Мачехин (СССР).-№4078758; Заявлено26.02.86; Опубл. 15.08.88. ДСП.

5. Зайцев В.П., Зимокосов Г.А., Николаев А.В., Мачехин Ю.П. Метод расчета формы контура усиления Не-Ne лазеров, стабилизированных по провалу Лэмба // Оптика и спектроскопия.- 1987.- т.63, №3, с. 652-654

6. Мачехин Ю.П., Николаев А.В. Экспериментальное исследование нерегулярных страт в низкотемпературной плазме газоразрядных лазеров // Методы и средства метрологического обеспечения измерения частотных характеристик лазеров: Сб. Научных тр. –Ленинград: НПО "ВНИИМ им. Д.И. Менделеева". 1984.-С. 26-33.

7. Machekhin Yu.P., Nikolaev A.V. Dynamics of development of chaos in the distributed systems with diffusion // Proceedings contributed papers International conference on plasma physics.-Kiev, Naukova dumka, USSR.-1987.-P.165-168.

8. Активный элемент газоразрядного лазера: А.с.1204098 СССР,МКИ Н01 S3/03/ Ю.П. Мачехин, А.В. Николаев (СССР).-№3714431; Заявлено26.12.83; Опубл. 08.09.85. ДСП.

9. Мачехин Ю.П. Теоретическое описание механизма стохастизации ионизационных волн // Прикладная радиоэлектроника.- 2004. Т. 3, №2. – С. 86-90.

10. Мачехин Ю.П., Николаев А.В. Исследование спектра ионизационных волн в газоразрядной плазме// Журнал технической физики.-1965. - Т.55, № 10. - С.2072-2075.

11. Мачехин Ю.П., Смулаковский В.М., Соловьев В.С. Многофункциональная установка для измерения длин волн и спектра излучения источников излучения в широком спектральном диапазоне // Измерительная техника.-1995.-№3.- С. 29-31.

12. Грищенко Л.В., Мачехин Ю.П., Соловьев В.С. Эталоны и метрологическое обеспечение измерений параметров излучения лазеров // Украинский метрологический журнал.-1996, в.4.- С. 38-39.

13. Мачехин Ю.П., Грищенко Л.В. Лазеры как предмет метрологических исследований // Украинский метрологический журнал.-2001.-№3.-С. 25-29.

14. Бабич В.М., Мачехин Ю.П., Шелехов А.А. Стандарти частоти (довжини хвилі) нового покоління в оптичному та близькому інфрачервоному діапазоні// Украинский метрологический журнал.-2002.-№2.-С.40-46.

15. Мачехин Ю.П. Источник высокостабильного лазерного излучения в диапазоне 1,5 мкм // Прикладная электроника.-2005.-№2.-С. 236-240.

16. Красногоров А.Ю., Мачехин Ю.П. Физические основы построения системы измерения абсолютного значения частоты He-Ne/I₂ лазера национального эталона длины Украины // Научные труды 4 международной научно-технической конференции "Метрологія та вимірювальна техніка".-Т.1.-Харьков: ННЦ "Институт метрологии".-2004.-С.210-211.

17. Мачехин Ю.П. Направления совершенствования эталонов физических величин // Украинский метрологический журнал.-2003.-№3.-С. 5-8.

18. Мачехин Ю.П. Основные принципы построения волоконно-оптической системы регистрации метана в воздухе // Прикладная электроника.-2005.-№3.-С.326-331.

19. Мачехин Ю.П.,Одинец В.А., Смулаковский В.В. Оптический спектроанализатор для контроля модового состава излучения полупроводниковых лазеров // Украинский метрологический журнал.-1997.-№2.-С. 21-23.

20. Зимокосов Г.А., Мачехин Ю.П., Оголюк В.П., Соловьев В.С., Янушкевич Э.П. Государственный первичный эталон единицы длины // Украинский метрологический журнал.-2004.-в.4.- С. 39-45.

21. Machekhin Yu.P., Solovyov V.S., Odinetc V.A., Smulakovsky V.M. Optical Frequency (Wavelength) Standard based on Group of He-Ne/I Lasers with =633 nm// Digest of conference on Precision Electromagnetic Measurements.- Brawnschweig (Germany).-1996.- P. 110

22. Machekhin Yu.P., Smulacovsry V.M., Solovyov V.S. Primary standard of length unit-meter based on the group of He-Ne/I₂ lasers // Proceedings of SPIE, Optoelectronic Metrology.-1999.-Vol. 4018.- P.38-40.

23. Мачехин Ю.П. Основные принципы передачи размера единицы длины путем сличения лазеров // Украинский метрологический журнал.-2001.-в.2.- С. 43-46.

24. Мачехин Ю.П. Особенности проведения сличений He-Ne/I₂ лазеров // Украинский метрологический журнал.-2005.-в.2.- С. 32-35.

25. Домнин Ю.С., Мачехин Ю.П., Одинец В.А., Смулаковский В.М., Тенишев В.П. Сличения He-Ne/I₂ лазеров, проведенные по программе КООМЕТ 94/UA-а/92 в 1996г. // Измерительная техника.-1997.-№11.-С.71-72.

26. ДемидоваА.Е., Макаревич В.Б., Мачехин Ю.П., Смулаковский В.М., Стерр У., Татьянко Д. Н. He-Ne/¹²⁷I₂ лазеры-эталоны единицы длины Белоруссии, Германии и Украины. Результаты сличений // Украинский метрологический журнал.-2000.-в.1.- С. 26-28.

27. Бойко О.В., Качалова Н.М., Негрийко А.М., Мачехін Ю.П., Смулаковський В.М., Яценко Л.П. Звірення He-Ne/I₂ лазекрів з поперечним ВЧ розрядом з He-Ne/I₂ лазеров державного еталона одиниці довжини України // Украинский метрологический журнал.-1999.-в.1.- С. 47-49.

28. Марков Б.Ф., Мачехин Ю.П. MRA и применение неопределенности при выполнении работ на эталонах // Украинский метрологический журнал.-2005.-№ 1.- С.5-7.

29. Мачехин Ю.П. Неопределенность измерения. Условия применения // Украинский метрологический журнал.-2004.-№ 4.- С.31-33.

30. Данелян А.Г., Мачехин Ю.П. Новый метод практической реализации определения метра//Украинский метрологический журнал.-2001.- в.1.- С.53-57.

31. Данильченко, Мачехин Ю.П., Соловьев В.С. Современное состояние методов расчета и измерений скорости света // Обзорная информ. ВНИИКИ Сер. "Образцовые и высокоточные средства измерений".- 1982.-М.: -38 с.

32. Мачехин. Ю.П. Точность измерений физической величины, характеризующей динамическую систему // Измерительная техника.- 1988. –№2.- С.38-41.

33. Мачехин. Ю.П. Физические модели анализа результатов измерений // Измерительная техника.- 2005. –№6.- С.25-30.

34. Мачехин Ю.П. Обоснования методов статистической обработки результатов измерений в нелинейных динамических системах. Часть 1 // Украинский метрологический журнал.-2003.-в.4.- С.15-21.

35. Мачехин Ю.П. Обоснования методов статистической обработки результатов измерений в нелинейных динамических системах. Часть 2 // Украинский метрологический журнал.-2004.-в.1.- С. 6-7.

36. Мачехин Ю.П. Теоретическое обоснование применения фрактального анализа для изучения временных рядов // Наукові праці II Міжнародна науково-технична конференція "Метрологія та вимірювальна техніка (Метрологія-99)".-Том 1.-Харьков: ХГНИИМ.-1999.-С.38-41.

37. Мачехин Ю.П. Основы построения фрактальных методов анализа результатов измерений в хаусдорфовом пространстве // Украинский метрологический журнал.-2005.-в.3.- С. 10-14.

38. Мачехин Ю.П., Одинец В.А. Применение метода фрактального анализа для исследования нестабильности частоты лазеров // Украинский метрологический журнал.- 1996.- №2-3.- С.49-54.

39. Мачехин Ю.П., Расчектева А.И. Исследование фрактальной размерности фликкер-шума // Украинский метрологический журнал.- 1997.- №4.- С.35-39.

40. Мачехин Ю.П. Фрактальные свойства частотных и фазовых шумов высокостабильных генераторов // Украинский метрологический журнал.- 2002.- №4.- С.40-43.

41.Мачехин Ю.П. О возможности влияния динамической стохастичности на стабильность He-Ne лазеров // Сб. Трудов "Методы и средства метрологического обеспечения измерения частотных характеристик лазеров".-Ленинград: НПО "ВНИИМ".-1989.-С.44-49.