СИСТЕМЫ АНАЛИЗА И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ

В настоящее время для создания квантовых стандартов частоты широко используется явление когерентного пленения населенности (КПН), в котором при достижении определенной интенсивности и совпадении частотного интервала между спектральными компонентами с частотой сверхтонкого перехода в атоме (чаще всего в рубидии или цезии), наблюдается узкий резонанс в спектре поглощения, и пропускание ячейки с парами щелочного металла резко растет. Поскольку амплитуда КПН резонанса критически зависит от интенсивности и положения спектральных компонент излучения накачки, необходимо контролировать параметры этих компонент, записанных, как правило, в цифровом виде.

В настоящей работе описывается принципиально новый метод обработки зарегистрированного с помощью сканируемого интерферометра Фабри?–?Перо (ИФП) спектра излучения лазера, основанный на использовании в качестве эталонной спектральной компоненты экспериментально записанной формы пропускания сканируемого ИФП. В работе приведены примеры обработки экспериментально записанных спектров излучения диодного лазера с внешним резонатором при СВЧ-модуляции его тока инжекции. Погрешность обработки предложенным методом оказалась примерно на порядок меньше, чем при обработке широко известной формулой Эйри, описывающей пропускание ИФП. Это объясняется тем фактом, что формула Эйри справедлива для световых пучков, кривизна волнового фронта которых согласована с кривизной зеркал ИФП, что зачастую не выполняется в случае реального эксперимента.

Метод может использоваться для обработки спектров модулированного излучения различных типов лазеров, что является актуальной задачей при регистрации КПН резонансов и дальнейшем создании на их основе квантовых стандартов частоты.   

1. Arimondo E., Orriols G. Nonabsorbing atomic coherences by coherent two-photon transitions in a three-level optical pumping // Lettere al Nuovo Cimento. – 1976. – Vol. 17. – P. 333–338.

2. An experimental method for the observation of r.f. transitions and laser beat resonances in oriented Na vapour / G. Alzetta, A. Gozzini, M. Moi, G. Orriols // Il Nuovo Cimento B. – 1976. – Vol. 36 (1). – P. 5–20.

3. Khripunov S., Radnatarov D., Kobtsev S. Atomic clock based on a coherent population trapping resonance in 87Rb with improved high-frequency modulation parameters // Proceedings of SPIE. – 2015. – Vol. 9378. – P. 93780A. – DOI: 10.1117/12.2080165.

4. Optical frequency standard based on the coherent population trapping resonance / E.V. Baklanov, S.N. Bagaev, A.K. Dmitriev, A.V. Taichenachev, V.I. Yudin // Laser Physics. – 2014. – Vol. 24, N 7. – P. 074007.

5. Light shifts in the rubidium CPT atomic clock with laser current modulation at 3.4 and 6.8 GHz / S.M. Ignatovich, I.S. Mesenzova, M.N. Skvortsov, N.L. Kvashnin, V.I. Vishnyakov // Journal of Physics: Conference Series. – 2021. – Vol. 2067. – P. 012006.

6. Савинов К.Н., Головин Н.Н., Дмитриев А.К. КПН резонансы при многочастотной оптической накачке // Квантовая электроника. – 2022. – Т. 52, № 10. – С. 939–942.

7. Особенности режимов генерации полупроводникового лазера с внешним резонатором при СВЧ модуляции / А.А. Исакова, К.Н. Савинов, Н.Н. Головин, Н.Ж. Алтынбеков, В.И. Вишняков, А.К. Дмитриев // Квантовая электроника. – 2017. – Т. 47, № 7. – С. 610–613.

8. Modulation properties of an extended cavity diode laser and dynamic mode splitting / S.A. Zibrov, D.S. Chuchelov, A.E. Drakin, D.A. Shiryaev, E.A. Tsygankov, M.I. Vaskovskaya, V.V. Vassiliev, V.L. Velichansky, A.P. Bogatov // IEEE Journal of Quantum Electronics. – 2020. – Vol. 56, N 3. – P. 2000607. – DOI: 10.1109/JQE.2020.2981120.

9. Measurement of spectral characteristics of semiconductor laser diodes-effect injected current modulation and optical feedback / A. Destrez, Z. Toffano, I. Joindot, C. Birocheau, L. Hassine // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. – 1993. – Vol. 42, N 2. – P. 304–310.

10. Иттербиевый волоконный лазер с распределенной обратной связью с низким уровнем частотных шумов / М.А. Никулин, C.А. Бабин, А.К. Дмитриев, А.С. Дычков, С.И. Каблуков, А.А. Луговой, Ю.Я. Печерский // Квантовая электроника. – 2009. – Т. 39, № 10. – С. 906–910.

11. Метод выделения спектральных компонент в сигналах путем интерполяции с помощью систем целочисленных сдвигов / Л.А. Минин, Н.М. Насер, Е.А. Киселев, С.Д. Кургалин // Цифровая обработка сигналов. – 2014. – № 4. – С. 9–12.

12. Compact large-aperture Fabry-Pérot interferometer modules for gas spectroscopy at mid-IR / U. Kantojärvi, A. Varpula, T. Antila, C. Holmlund, J. Mäkynen, A. Näsilä, R. Mannila, A. Rissanen, J. Antila, R.J. Disch, T.A. Waldmann // Proceedings of SPIE. – 2014. – Vol. 8992. – P. 89920C. – DOI: 10.1117/12.2036336.

13. Olesen H., Jacobsen G. A theoretical and experimental analysis of modulated laser fields and power spectra // IEEE Journal of Quantum Electronics. – 1982. – Vol. QE-18, N 12. – P. 2069–2080.

14. Танасюк Д.А., Горностаева C.И., Ермаков В.И. Обработка оптических спектров поглощения и анализ составляющих полос на форму линии по Гауссу и Лоренцу // Исследовано в России. – 2006. – Т. 9, № 212. – С. 2018–2022.

15. Скорняков Л.Г., Дёмин А.В., Денисова О.В. Методики обработки результатов измерения спектров интенсивности источников излучения спектрофотометра СФ-56 // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2019. – Т. 85, № 3. – С. 36–40.