izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2020-3-24-28izmertech-1747Research ArticleИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ И ЧАСТОТЫTIME AND FREQUENCY MEASUREMENTSСостояние и перспективы применения устройств на оптических резонаторах с модами шепчущей галереи в метрологии времени и частотыState of the art and perspectives of the devices with the optical WGM resonators in time and frequency metrologyБалакиреваИ. В.BalakirevaI. V.

г. п. Менделеево, Московская обл.

Irina V. Balakireva

Mendeleevo, Moscow Region

balakireva@vniiftri.ruБлиновИ. Ю.BlinovI. Yu.

г. п. Менделеево, Московская обл.

Igor Yu. Blinov

Mendeleevo, Moscow Region

blinov@vniiftri.ruПавловВ. И.PavlovV. I.

г. п. Менделеево, Московская обл.

Vladislav I. Pavlov

Mendeleevo, Moscow Region

ХатыревН. П.KhatyrevN. P.

г. п. Менделеево, Московская обл.

Nickolay P. Khatyrev

Mendeleevo, Moscow Region

Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измеренийРоссияRussian metrological institute of technical physics and radio engineering (VNIIFTRI)Russian Federation202020062023032428Copyright © Балакирева И.В., Блинов И.Ю., Павлов В.И., Хатырев Н.П., 20232023Балакирева И.В., Блинов И.Ю., Павлов В.И., Хатырев Н.П.Balakireva I.V., Blinov I.Y., Pavlov V.I., Khatyrev N.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.izmt.ru/jour/article/view/1747

Одной из наиболее актуальных задач в метрологическом обеспечении измерений времени и частоты является создание высокостабильных узкополосных лазерных излучателей и генераторов наборов эквидистантных узких оптических спектральных линий (так называемых оптических гребёнок). Эти устройства необходимы как для передачи эталонных сигналов частоты, так и для использования в составе подвижных источников эталонных сигналов времени и частоты оптического и микроволнового диапазонов спектра. Они необходимы также для прецизионной спектроскопии сверхвысокого разрешения. При создании высокостабильных узкополосных лазерных излучателей и оптических гребёнок перспективно применение миниатюрных оптических резонаторов с модами шепчущей галереи. В последнее время активно исследуют технологии изготовления и свойства таких резонаторов. Приведён обзор современного состояния исследований по применению оптических резонаторов с модами шепчущей галереи в метрологии времени и частоты. Описаны типы, достоинства и недостатки резонаторов с модами шепчущей галереи, методы генерации различных сигналов, в частности сверхвысокочастотных сигналов. Приведены примеры действующих лабораторных установок российских и зарубежных научных групп. Рассмотрены перспективы дальнейшего использования резонаторов с модами шепчущей галереи.

One of the most important tasks in the metrological support of time and frequency measurements is a development of an extremely stable narrow-bandwidth laser sources and oscillators of the sets of the equidistant narrow optical spectral lines (the socalled “optical combs”). These devices are necessary for the transmission of the reference frequency signals and for use as part of mobile sources of time and frequency reference signals in optical and microwave spectral ranges. They are also required for precision ultra-high resolution spectroscopy. A promising direction for the creation of highly stable narrow-band lasers and optical combs is the use of miniature optical whispering gallery modes resonators. Recently, research has been actively performed on the properties and manufacturing techniques of such resonators, as well as devices using them. The article provides a review of current research into applications of optical whispering gallery mode resonators in time and frequency metrology. Main advantages and disadvantages of such devices and prospects for their further use are discussed. The authors review in detail some examples of existing laboratory setups of Russian and foreign scientific c groups.

резонатор с модами шепчущей галереи(МШГ-резонатор)оптическая гребёнкаметрология времени и частотыWGM resonatoroptical combtime and frequency metrology.ReferencesMatsko A. B., Savchenkov A. A., Strekalov D., Ilchenko V. S., IPN Progress Report 42–162, 2005, August 15.. Matsko A. B., Savchenkov A. A., Strekalov D., Ilchenko V. S., IPN Progress Report 42–162, 2005, August 15.Guo H., Karpov M., Lucas E., Kordts A., Pfeiff er M. H. P., Brasch V., Lihachev G., Lobanov V. E., Gorodetsky M. L., and Kippenberg T. J., Nature Physics, 2017, vol. 13, no. 1, pp. 94– 102. DOI:10.1038/nphys3893Guo H., Karpov M., Lucas E., Kordts A., Pfeiff er M. H. P., Brasch V., Lihachev G., Lobanov V. E., Gorodetsky M. L., and Kippenberg T. J., Nature Physics, 2017, vol. 13, no. 1, pp. 94– 102. DOI:10.1038/nphys3893Righini G. C., Dumeige Y. , Feron P., Ferrari M., Nunzi Conti G., Ristic D., and Soria S., La Rivista del Nuovo Cimento, 2011, vol. 34, no. 7, pp. 435–488. DOI:10.1393/ncr/i2011-10067-2Righini G. C., Dumeige Y. , Feron P., Ferrari M., Nunzi Conti G., Ristic D., and Soria S., La Rivista del Nuovo Cimento, 2011, vol. 34, no. 7, pp. 435–488. DOI:10.1393/ncr/i2011-10067-2Strekalov D. V., Marquardt C., Matsko A. B., Schwefel H. G. L., and Leuchs G., Journal of Optics, 2016, vol. 18, nо. 12, 123002. DOI:10.1088/2040-8978/18/12/123002Strekalov D. V., Marquardt C., Matsko A. B., Schwefel H. G. L., and Leuchs G., Journal of Optics, 2016, vol. 18, nо. 12, 123002. DOI:10.1088/2040-8978/18/12/123002Chembo Y. K., Menyuk C. R., Phys. Rev. A, 2013, vol. 87, no. 5, 053852. DOI:10.1103/PhysRevA.87.053852Chembo Y. K., Menyuk C. R., Phys. Rev. A, 2013, vol. 87, no. 5, 053852. DOI:10.1103/PhysRevA.87.053852Balakireva I. V., Chembo Y. K., Phil. Trans. R. Soc. A, 2018, vol. 376, 20170381. DOI:10.1098/rsta.2017.0381Balakireva I. V., Chembo Y. K., Phil. Trans. R. Soc. A, 2018, vol. 376, 20170381. DOI:10.1098/rsta.2017.0381Godey C., Balakireva I. V., Coillet A., Chembo Y. K., Phys. Rev. A, 2014, vol. 89, no. 6. DOI:10.1103/PhysRevA.89.063814Godey C., Balakireva I. V., Coillet A., Chembo Y. K., Phys. Rev. A, 2014, vol. 89, no. 6. DOI:10.1103/PhysRevA.89.063814Righini G. C., Soria S., Sensors, 2016, vol. 16(6), 905. DOI:10.3390/s16060905Righini G. C., Soria S., Sensors, 2016, vol. 16(6), 905. DOI:10.3390/s16060905Yi X., Ya ng Q.-F., Yang K. Y., Suh M.-G., and Vahala K., Optica, 2015, vol. 2, no. 12, pp. 1078–1085. DOI:10.1364/OPTICA.2.001078Yi X., Yang Q.-F., Yang K. Y., Suh M.-G., and Vahala K., Optica, 2015, vol. 2, no. 12, pp. 1078–1085. DOI:10.1364/OPTICA.2.001078Newman Z. L., Maurice V., Drake T., Stone J. R., Briles T. C., Spencer D. T., Fredrick C., Li Q., Westly D., Ilic B. R., Shen B., Suh M.-G., Yang K. Y., Johnson C., Johnson D. M. S., Hollberg L., Vahala K. J., Srinivasan K., Diddams S. A., Kitching J., Papp S. B., and Hummon M. T., Optica, 2019, vol. 6, no. 5, pp. 680-685. DOI:10.1364/OPTICA.6.000680Newman Z. L., Maurice V., Drake T., Stone J. R., Briles T. C., Spencer D. T., Fredrick C., Li Q., Westly D., Ilic B. R., Shen B., Suh M.-G., Yang K. Y., Johnson C., Johnson D. M. S., Hollberg L., Vahala K. J., Srinivasan K., Diddams S. A., Kitching J., Papp S. B., and Hummon M. T., Optica, 2019, vol. 6, no. 5, pp. 680-685. DOI:10.1364/OPTICA.6.000680Лихачёв Г. В. Оптические частотные гребенки и солитоны в микрорезонаторах: дис. канд. физ.-мат. наук (МГУ им. М. В. Ломоносова, Москва, 2019).Lihachev G. V. Optical frequency combs and solitons in microresonators: PhD thesis in Mathematics and Physics (MGU.01.12, Faculty of physics, Moscow, 2019)Stern L., Stone J., Kang S., Cole D., Kitching J., Diddams S., and Papp S., Direct Kerr-frequency-comb atomic stabilization, Conference on Lasers and Electro-Optics, OSA Terchnical Digest (Optical Society of America, 2018), CLEO: QELS_Fundamental Science 2018, San Jose, California United States 13–18 May, 2018, paper FW3E.5. DOI:10.1364/CLEO_QELS.2018.FW3E.5Stern L., Stone J., Kang S., Cole D., Kitching J., Diddams S., and Papp S., Direct Kerr-frequency-comb atomic stabilization, Conference on Lasers and Electro-Optics, OSA Terchnical Digest (Optical Society of America, 2018), CLEO: QELS_Fundamental Science 2018, San Jose, California United States 13–18 May, 2018, paper FW3E.5. DOI:10.1364/CLEO_QELS.2018.FW3E.5Savchenkov A. A., Eliyahu D., Liang W., Ilchenko V. S., Byrd J., Matsko A. B., Seidel D., and Maleki L., Opt. Lett., 2013, vol. 38, no. 15, pp. 2636–2639. DOI:10.1364/OL.38.002636Savchenkov A. A., Eliyahu D., Liang W., Ilchenko V. S., Byrd J., Matsko A. B., Seidel D., and Maleki L., Opt. Lett., 2013, vol. 38, no. 15, pp. 2636–2639. DOI:10.1364/OL.38.002636Liang W., Eliyahu D., Ilchenko V. S., Savchenkov A. A., Matsko A. B., Seidel D., and Maleki L., Nature Comm., 2015, 6, 7957. DOI:10.1038/ncomms8957Liang W., Eliyahu D., Ilchenko V. S., Savchenkov A. A., Matsko A. B., Seidel D., and Maleki L., Nature Comm., 2015, 6, 7957. DOI:10.1038/ncomms8957

The authors declare that there are no conflicts of interest present.