Фемтосекундные делители и синтезаторы частоты на холодных молекулах метана

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 16-19-10694

НазваниеФемтосекундные делители и синтезаторы частоты на холодных молекулах метана

Руководитель Губин Михаил Александрович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" , г Москва

Конкурс №13 - Конкурс 2016 года на получение грантов по приоритетному направлению деятельности РНФ «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-602 - Моделирование технических систем

Ключевые слова фемтосекундный волоконный лазер, делитель частоты, СВЧ-диапазон, Cr^2+: ZnSe, оптический стандарт частоты, двухмодовый лазер, резонанс насыщенной дисперсии, метан, гелий-неоновый лазер, высоко нелинейный волоконный световод, средний ИК-диапазон

Код ГРНТИ29.33.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В настоящее время большими темпами проводится модернизация существующей отечественной компонентной базы фотоники, создается специализированная оптоэлектронная и оптическая компонентная база радиофотоники. Особое внимание уделяется разработке передовых образцов измерительной техники в области измерений частоты и времени. Ключевыми элементами частотно-временной аппаратуры для навигации, систем точного времени и эталонных частот, связи, радиоастрономии и других областей промышленности и науки являются различные модификации малогабаритных (наземных и бортовых) стандартов частоты, которые обеспечивают высокий уровень кратковременной и/или долговременной стабильности частоты выходных эталонных сигналов. Периодически, такие стандарты частоты (прецизионные генераторы) калибруются по первичному эталону частоты. Существующие мобильные прецизионные радиогенераторы (водородный мазер, рубидиевые стандарты частоты и другое оборудование на их основе) имеют стабильность частоты в диапазоне 10^(-12) - 10^(-15) при времени усреднения τ = 1 – 1·10^5 с и, фактически, достигли предела своих характеристик и не отвечают современному уровню науки и техники. Исследования в этой актуальной области науки и техники, проводимые в России и за рубежом показывают, что значительное (на 1-2 порядка) повышение кратковременной и долговременной стабильности, воспроизводимости частоты, снижение уровня фазовых шумов стандартов частоты при сохранении их компактности и мобильности возможно только при переходе в оптический диапазон спектра, т. е. при использовании лазерного излучения, стабилизированного по реперным спектральным линиям, лежащим в диапазоне частот ω = 10^14 – 10^15 Гц. По пути разработки оптических стандартов частоты и нового поколения прецизионной частотно-временной аппаратуры на их основе идут ведущие зарубежные и российские научные центры и университеты, занимающиеся метрологией частоты и времени. В настоящее время близки к реализации первичные оптические эталоны частоты с погрешностью 10^(-17) – 10^(-18) на основе ультрахолодных атомов и ионов в световых и электромагнитных ловушках. В СВЧ-диапазоне с использованием техники лазерного охлаждения атомов и лазерного детектирования реперной линий реализовано несколько установок на атомах цезия и рубидия в геометрии «фонтана», на которых достигнуты предельные стабильности ~10^(-16), и которые заменят в ближайшее время традиционные эталоны на тепловых атомах. Однако недостатком всех перечисленных систем, демонстрирующих выдающиеся результаты по точности и воспроизводимости частоты, является громоздкость и сложность, а также необходимость длительного (в течение нескольких суток) времени усреднения сигнала для достижения заданных характеристик. Фактически, они являются в настоящее время сугубо лабораторными установками. В связи с этим существует настоятельная потребность развития другого класса оптических стандартов частоты, не претендующих на эталонную точность, но обладающих высокой кратковременной и долговременной стабильностью частоты 10^(-15) - 10^(-16) и низким уровнем фазовых шумов. Для их реализации необходимо провести целый комплекс научно-исследовательских мероприятий, как теоретического, так и прикладного характера. В этой связи актуальной является цель настоящего проекта, заключающаяся в разработке и исследовании фемтосекундных синтезаторов и делителей частоты на холодных молекулах метана. Такие вторичные стандарты и прецизионные синтезаторы частот будут занимать нишу между малогабаритными прецизионными СВЧ-генераторами (превосходя их по стабильности на 1-2 порядка) и высокоточными эталонами, выгодно отличаясь от последних массогабаритными параметрами, надёжностью и стоимостью. Разработке научных основ создания такого класса вторичных стандартов и прецизионных фемтосекундных делителей и синтезаторов частот посвящен настоящий проект.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Михаил К. Тарабрин, Сергей М. Томилов, Владимир А. Лазарев; Валерий Е. Карасик, Алексей Н. Киреев, Александр С. Шелковников, Дмитрий А. Тюриков и Михаил А. Губин Cr:ZnSe laser generation in two longitudinal modes regime with intracavity monoblock Fabry-Perot interferometer for methane saturation spectroscopy OSA Technical Digest (Optical Society of America, 2018), paper JTu3A.141 (год публикации - 2018)
10.1364/FIO.2018.JTu3A.141

2. Станислав О. Леонов, Василий С. Воропаев, Александр А. Крылов Pump- and temperature-induced repetition frequency response study in Hybridly mode-locked Erbium ber laser with distributed polarizer Applied Physics B (год публикации - 2019)

3. Александр Донодин, Василий Воропаев, Владимир Лазарев, Михаил Тарабрин и Валерий Карасик Mode-Locked Fiber Laser Pulse Repetition Rate Adjustment with Piezoelectric Transducer and Thermoelectric Coole OSA Technical Digest (Optical Society of America, 2018), paper JTu3A.47 (год публикации - 2018)
10.1364/FIO.2018.JTu3A.47

4. Василий Воропаев, Александр Донодин, Андрей Воронец, Владимир Лазарев, Михаил Тарабрин, Валерий Карасик и Александр Крылов Demonstration of Two Generation Regimes in High Power Passively Mode-locked Thulium-doped All-fiber Ring Laser at Fully Negative Intracavity Dispersion OSA Technical Digest (Optical Society of America, 2018), paper AM6A.19 (год публикации - 2018)
10.1364/ASSL.2018.AM6A.19

5. В.С.Воропаев, А.И. Донодин А.И. Воронец, В.А Лазарев М.К. Тарабрин, В.Е. Карасик и А.А. Крылов High-power passively mode-locked thulium-doped all-fiber ring laser with nonlinearity and dispersion management 2018 International Conference Laser Optics (ICLO), St. Petersburg, 2018, paper 8435211, p. 18. (год публикации - 2018)
10.1109/LO.2018.8435211

6. А.С. Шелковников, А.И. Бойко, А.Н. Киреев, А.В. Таусенев, Д.А. Тюриков, Д.В. Шепелев, А.В. Конященко, М.А. Губин Метановый радио-оптический задающий генератор для эталонов фонтанного типа Quantum Electronics (год публикации - 2019)

7. Воропаев В. С., Донодин А. И., Воронец А. И., Лазарев В. А., Тарабрин М. К., Карасик В. Е., Крылов А. А. ВОЛОКОННЫЙ КОЛЬЦЕВОЙ ТУЛИЕВЫЙ ЛАЗЕР С ПАССИВНОЙ СИНХРОНИЗАЦИЕЙ МОД С УПРАВЛЕНИЕМ СУММ АРНОЙ НЕЛИНЕЙНОСТЬЮ И ДИСПЕРСИЕЙ РЕЗОНАТОРА Научно-технический журнал «Контенант», Том 17, № 3 (год публикации - 2018)

8. Д.А. Шелестов, А.С. Лаптев, К.И. Кошелев, А.В. Пнёв, А.С. Шелковников, Д.А. Тюриков, М.А. Губин Thermostabilization of Methane Optical Frequency Standard 2018 International Conference Laser Optics (ICLO), St. Petersburg, 2018 International Conference Laser Optics (ICLO), St. Petersburg, pp. 228-228 (год публикации - 2018)
10.1109/LO.2018.8435511

9. А.С. Шелковников, А.И. Бойко, А.Н. Киреев, Д.А. Тюриков, А.В. Таусенев, А.В. Конященко, М.А. Губин Investigation of Methane Based Microwave Reference Oscillator for Cs/Rb Fountains Proceedings 2018 European Frequency and Time Forum (EFTF), p. 192 (год публикации - 2018)

10. М. П. ФРОЛОВ Ю. В. КОРОСТЕЛИН В. И. КОЗЛОВСКИЙ, Ю. П. ПОДМАРЬКОВ И Я. К. СКАСЫРСКИЙ High-energy thermoelectrically cooled Fe:ZnSe laser tunable over 3.75–4.82 μm OPTICS LETTERS, Vol. 43, No. 3 (год публикации - 2018)
10.1364/OL.43.000623

11. Донодин А. И., Воропаев В.С., Лазарев В.А., Тарабрин М. К., Карасик В. Е. Метод подстройки частоты повторения импульсов фемтосекундного волоконного эрбиевого лазера с помощью пьезоэлемента Научно-технический журнал «Контенант», Том 17, № 3 (год публикации - 2018)

12. Воропаев В. С., Донодин А. И., Воронец А. И., Лазарев В. А., Тарабрин М. К., Карасик В. Е., Крылов А. А. ALL-FIBER PASSIVELY MODE-LOCKED THULIUM RING LASER FOR SUPERCONTINUUM GENERATION ЛАЗЕРЫ В НАУКЕ, ТЕХНИКЕ, МЕДИЦИНЕ: Сборник научных трудов. Том 29, Том 29, c. 116 - 121 (год публикации - 2018)

13. М. А. Губин, А. Н. Киреев, Д. А. Тюриков, А. С. Шелковников, А. В. Таусенев, Д. С. Черных, Д. В. Шепелев, А. В. Конященко Methane based microwave reference oscillator 2017 Joint Conference of the European Frequency and Time Forum and IEEE International Frequency Control Symposium (EFTF/IFCS), pp. 452-455 (год публикации - 2017)
10.1109/FCS.2017.8088922

14. Лазарев В. А., Крылов А. А., Сазонкин С. Г., Пнев А. Б., Леонов С. О., Шелестов Д. А., Тарабрин М. К., Карасик В. Е., КиреевА. Н., Губин М. А. All-fiber hybridly mode-locked similariton ring laser for frequency metrology Proceedings - 2016 International Conference Laser Optics, LO 2016, LO 2016, 7549651, pp. R131 (год публикации - 2016)
10.1109/LO.2016.7549651

15. Томилов С. М., Тарабрин М. К., Лазарев В. А., Карасик В. Е. Моделирование распределения температур в системе охлаждения активной среды твердотельного лазера для различных конфигураций теплоотвода Сборник трудов XXVIII Международной науно-технической конференции "Лазеры в науке, технике, медицине", том 28, стр. 66-69 (год публикации - 2017)

16. Киреев А. Н., Шелковников А. С., Тюриков Д. А., Лазарев В. А., Губин М. А. Monoblock He-Ne/CH4 laser with the short-term and long-term frequency stability better than 1×10^(-14) Proceedings of Frontiers in Optics 2016, FIO 2016, JW4A.180 (год публикации - 2016)

17. В. Воропаев, А. Донодин, В. Лазарев, М. Тарабрин, В. карасик, А. Крылов All-fiber passively mode-locked ring laser based on normal dispersion active tm-doped fiber Frontiers in Optics 2017, paper JTu3A.15 (год публикации - 2017)
10.1364/FIO.2017.JTu3A.15

18. Донодин А. И., Воропаев В. С., Лазарев В. А., Леонов С. О., Тарабрин М. К., Крылов А. А., Карасик В. Е. Влияние мощности накачки на частоту повторения импульсов в волоконном кольцевом эрбиевом лазере с синхронизацией мод Сборник трудов XXVIII Международной науно-технической конференции "Лазеры в науке, технике, медицине", том 28, стр. 70-73 (год публикации - 2017)

19. А. Н. Киреев, А. В. Таусенев, Д. А. Тюриков, А. С. Шелковников, Д. В. Шепелев, А. В. Конященко, М. А. Губин Femtosecond optical-to-microwave frequency divider with a relative instability of 10^(-14)-10^(-16) (tau = 1-100 s) Quantum Electronics, 46 (12) 1139 – 1141 (год публикации - 2016)
10.1070/QEL16257

20. Воропаев В. С., Донодин А. И., Лазарев В. А., Тарабрин М. К., Карасик В. Е. и Крылов А. А. Волоконный кольцевой лазер с пассивной синхронизацией мод на основе активного тулиевого волокна с нормальной дисперсией Научно-технический журнал "Фотон-экспресс", № 6, стр. 31-32 (год публикации - 2017)

21. Леонов С. О., Малеев О. В., Лазарев В. А., Тарабрин М. К., Демидов В. В., Карасик В. Е. Scaling Properties of Solid-core Photonic Crystal Fibers to Large-mode-area with d/Λ = 0.55 Proceedings of Advanced Photonics 2016 (IPR, NOMA, Sensors, Networks, SPPCom, SOF), SoW1H.3 (год публикации - 2016)
10.1364/SOF.2016.SoW1H.3

22. Лазарев В. А., Крылов А. А., Дворецкий Д. А., Сазонкин С. Г., Пнев А. Б., Леонов С. О., Шелестов Д. А., Тарабрин М. К., Карасик В. Е., Киреев А. Н., Губин М. А. Stable Similariton Generation in an All-Fiber Hybrid Mode-Locked Ring Laser for Frequency Metrology IEEE TRANSACTIONS ON ULTRASONICS, FERROELECTRICS, AND FREQUENCY CONTROL, 63 (7), 7434073, pp. 1028-1033 (год публикации - 2016)
10.1109/TUFFC.2016.2542368

23. Киреев А. Н., Таусенев А. В., Тюриков Д. А., Шелковников А. С., Шепелев Д. В., Конященко А. В., Губин М. А. Фемтосекундный делитель частоты в СВЧ диапазон с нестабильностью 10^(-14) - 10^(-16) (t=1-100 c) Quantum Electronics (год публикации - 2016)

Публикации