Аннотация результатов, полученных в 2016 году
1. Обоснованы принципы и технические пути построения малогабаритных квантовых стандартов частоты нового поколения на ИК-переходах метана с долговременной стабильностью частоты 10^(-15) – 10^(-16) при времени усреднения 1 – 10^5 с. 2. Разработан и исследован лазер среднего ИК-диапазона на монокристалле Cr2+:ZnSe для нелинейной внутридоплеровской спектроскопии полосы v1 + v4 метана. 3. Проведены теоретические и экспериментальные исследования резонансов насыщенной дисперсии полосы ν1 + ν4 метана в среднем ИК-диапазоне методом нелинейной внутридоплеровской лазерной спектроскопии. 4. Проведен анализ принципов построения фемтосекундного делителя частоты и обоснование его структурно-функциональной схемы. 5. Получены и исследованы различных режимов генерации сверхкоротких импульсов. 6. Разработана и исследована система термостабилизации на уровне 0,1 °С моноблочного резонатора для повышения долговременной стабильности частоты. 7. Создана и исследована система термостабилизации лазерных кристаллов среднего ИК-диапазона для уменьшения дрейфа частоты из-за тепловой линзы. 8. Исследована возможность стабилизации частоты фемтосекундного волоконного лазера с помощью модуляции источника накачки.

Аннотация результатов, полученных в 2017 году
1. Проведено исследование возможности снижения времени выхода Cs эталона частоты фонтанного типа на номинальную точность с применением метанового задающего генератора с кратковременной стабильностью 1×10-14 (1 с). Лабораторный макет задающего генератора «ЗГ-СH4/100» с выходной частотой 100 МГц превысил почти в 3 раза по кратковременной стабильности частоты (τ = 1 с) Н-мазеры. Лучшее зафиксированное значение СКДО частоты макета «ЗГ-СH4/100» составило 2,5×10-14 для τ = 1 с. В значение СКДО сигнала «ЗГ-СH4/100» (для τ = 1 с) в настоящее время существенный вклад вносит собственный шум дополнительного промышленного синтезатора на выходной частоте 100 МГц. По результатам испытаний выработаны рекомендации, которые позволят повысить кратковременную стабильность выходного частоты макета «ЗГ-СH4/100» до 1×10-14 для τ = 1 с и увеличить время непрерывной работы «ЗГ-СH4/100» с нескольких суток до месяца и более. 2. Система для долговременной температурной стабильности моноблочного резонатора He-Ne/CH4-лазера позволила достичь стабильности температуры на одном часе порядка ∆t=0,02 °C в диапазоне работы системы от 20 до 50 °C. 3. Разработано оригинальное схемное решение моноблочного сканирующего интерферометра Фабри-Перо для установки в резонатора перестраиваемого по частоте Cr2+:ZnSe лазера, что обеспечило работу лазера в режиме двух соседних продольных мод в диапазоне 2,3 – 2,4 мкм. Также разработан способ охлаждения лазерных кристаллов среднего ИК-диапазона с погрешностью 0,1 °С с целью уменьшения тепловых эффектов в активной среде и резонаторе. Проведена оценка предельно достижимой стабильности частоты разрабатываемого стандарта на основе результатов измерения шумов Cr2+:ZnSe лазера, которая составила 2·10-15 при времени усреднения 1 с. 4. Проведены теоретические и экспериментальные исследования влияния температурных дрейфов и модуляции мощности лазера накачки на выходную частоту повторения импульсов эрбиевого волоконного лазера. Получены экспериментальные оценки df/dT и df/dP, которые составили – 372 Гц / °С и 0,5 Гц/мВт соответственно, полученные значения хорошо согласуются с расчетными значениями. 5. Разработаны и исследованы десять конфигураций лабораторного макета полностью волоконного кольцевого тулиевого лазера с синхронизацией мод при различных значениях суммарной внутрирезонаторной дисперсии в диапазоне от -0,5 до +0,5 пс2. По результатам исследований выбрана оптимальная конфигурация схемы со значениями дисперсии равными -0,023 пс2, в которой наблюдались наиболее широкий спектр 56 нм и минимальная длительность импульсов 140 фс.

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
1. Измерена спектральная плотность мощности фазовых шумов сигналов 100 МГц и 208 МГц, синтезированных из компоненты выходной гребенки макета c частотой 834 МГц (N=14) в диапазоне отстроек f = 0,1 – 106 Гц от несущей частоты. Установлено, что уровень шумов метанового ЗГ при малых отстройках от несущей ниже уровня шумов мазера с улучшенной кратковременной стабильностью частоты. Для более точных измерений фазовых шумов «ЗГ-СН4» необходимо сличать два независимых макета. В настоящее время такой эксперимент готовится в ходе продолжения проекта в 2019 г. Ожидается, что спектральная плотность мощности фазовых шумов снизится на (15 - 20) дБн/Гц в области отстроек 0,1 – 10 Гц по сравнению с приведенной выше. 2. Определено влияние частотной стабильности сигнала оптического задающего генератора на СКО номинальной частоты Rb хранителя фонтанного типа были проведены прецизионные частотные измерения с использованием радиоизмерительной аппаратуры эталонного комплекса Государственной службы времени и частоты Российской Федерации. Для сигнала метанового ЗГ получено значение относительной девиации Аллана 3×1014 при τ = 1 с. Данное значение нестабильности в два раза меньше, чем у мазеров, но в три раза больше нестабильности самого ЗГ на СВЧ частотах. Деградация стабильности связана с шумами, вносимыми коммерческим синтезатором номинальной частоты, формирующим сигнал 100 МГц. В настоящее время идет разработка нового синтезатора с выходными частотами 9,1/6,8 ГГц и уровнем собственной нестабильности не выше 5×10-15 при τ = 1 с, работа с которым будет продолжена в 2019 г. Таким образом, в ходе третьего этапа проекта разработана и реализована схема подачи сигнала созданного ЗГ на эталоны фонтанного типа государственной службы времени и частоты Российской Федерации. Доказано преимущество по кратковременной стабильности созданного ЗГ по сравнению с опорными генераторами для фонтанов, используемыми на эталоне 3. Разработаны модифицированные оптическая и электронная схемы метанового задающего генератора с целью повышения кратковременной стабильности его частоты до 1∙10-15. Произведена модернизация делителя оптической частоты на основе волоконного фемтосекундного Er лазера, входящего в состав метанового задающего генератора. Выполнена оптимизация высоко нелинейноного волокна для генерации суперконтинуума, в результате удалось устранить имевшие место неконтролируемые переключения спектра в коротковолновой области суперконтинуума и связанные с этим «всплески» (на уровне 1013) в частоте выходного сигнала задающего генератора, и, таким образом, реализовать многодневную работу генератора с сохранением высокой кратковременной стабильности. Ввод дополнительного волоконного усилителя на служебном выходе Er лазера позволил более чем на порядок увеличить мощность излучения с этого выхода (до 25 мВт) и отношение сигнал/шум. 4. Предпринятые в рамках проекта шаги по выбору и совершенствованию технологии создания зеркальных диэлектрических покрытий среднего ИК-диапазона с малыми потерями на поглощение оказались успешными. Таким образом, стало возможным создание опорного He-Ne/CH4 лазера с уровнем спонтанных частотных шумов ~0,05 Гц/Гц1/2, что является основой для достижения стабильности частоты (1-2)·10-15 при времени усреднения 1 с. В ходе третьего этапа впервые в результате двухгодичной совместной работы ФИАН, МГТУ им. Н. Э. Баумана и ООО «ФЛАВТ» созданы прочные диэлектрические зеркала с отражением 99,94 % (потери 0,06 %) на длине волны 3,39 мкм при пропускании 0,01 %.Ъ 5. Разработана двухканальная система управления длиной резонатора перестраиваемого по частоте Cr2+:ZnSe лазера, работающего в режиме двух соседних продольных мод: частота синхронного сканирования 50 Гц; количество каналов управления: 2; диапазон напряжений смещения пьезоприводов: (-300 ÷ +300) В; амплитуда сканирования пьезоприводов: (0 ÷ +300) В; питание: ~220 В, 50 Гц; потребляемая мощность, не более: 10 Вт. Режим генерации двух соседних продольных мод Cr2+:ZnSe лазера достигался при помещении внутрь резонатора «грубого» селективного элемента – фильтра Лио и «тонкого» селективного элемента – интерферометра Фабри-Перо с воздушным зазором. При согласованном сканировании внутрирезонаторного интерферометра и резонатора лазера происходит плавная перестройка частоты Cr2+:ZnSe лазера в пределах сотен МГц. 6 Разработана четырёхканальная система стабилизации волоконного эрбиевого фемтосекундного лазера для достижения относительной нестабильности выходного радиосигнала на уровне 10-14 – 10-16 при времени усреднения 1-100 с. В разработанном устройстве представлены следующие каналы управления частотой: 1. Пьезокерамика. Коэффициент передачи (перестройка оптической частоты) 1 МГц/В, емкость нагрузки до 1 мкф. 2. ЭОМ (электрооптический модулятор). Напряжение -/+10 В Полоса частот до 500 кГц, емкость нагрузки не более 20 пф, коэффициент передачи 50 кГц/В. 3. ТЭП - термоэлектрический преобразователь, управляющий ток 0 – 2 А, напряжение не более -/+2В, полоса частот до 1 Гц, коэффициент передачи 240 МГц/А. 4. Ток накачки диода, полоса 0Гц-1МГц, выходной ток до 3 мА. Коэфф. передачи = 1 мА/В. 7. Исследование лабораторного макета полностью волоконного кольцевого тулиевого лазера с гибридной синхронизацией мод. Опробованы новые типы активных волоконных световодов (4 типа свотоводов НЦВО РАН различной длины, поглощения и дисперсии), легированных ионами тулия, в лазере с пассивной синхронизацией мод, основанной на механизме нелинейной эволюции поляризации. Проведено исследование схемы лазера со световодом Y438, при этом в резонаторе лазера все волокна имели отрицательный знак дисперсии групповых скоростей, при различных настройках контроллеров поляризации в лазере было получено три многоимпульсных режима генерации: шумоподобные импульсы, группы слабосвязанных солитонов, солитонный дождь, – для данных режимов генерации характерны случайные флуктуации импульсов. Максимальная средняя мощность в лазере составила 730 мВт. Разработан источник накачки для активного тулиевого световода усилителя на длине волны 1550 нм. Источник накачки представляет собой эрбий-иттербиевый волоконный усилитель излучения лазерного диода, работающего на длине волны 1550 нм. Длина волны излучения накачки равна 1550,4 нм, ширина спектра на полувысоте составляет порядка 0,03 нм, максимальная мощность равна 3 Вт. Проведены первые эксперименты по уширению спектра излучения тулиевого волоконного фемтосекундного лазера в нелинейных световодах с повышенной концентрацией оксида германия. Эксперимент проводился с двумя световодами, первый световод имел положительную дисперсию групповых скоростей на длине волны 1900 нм равную 8,52×10-3 пс2/км, в данном световоде произошло совсем незначительное уширение спектра. Второй световод имел отрицательную дисперсию групповых скоростей на длине волны 1900 нм равную -6,568×10-3 пс2/км. В режиме солитонного дождя спектр уширился до длины волны около 2025 нм. В режиме генерации шумо-подобных импульсов спектр уширился до длины волны около 2200 нм.