Государственный первичный эталон единицы длины – метра ГЭТ 2-2021

Описаны основные этапы совершенствования Государственного первичного эталона единицы длины – метра. Описаны новые источники излучения и установки. Представлены результаты исследований метрологических характеристик источников эталонного излучения на длинах волн 633 и 532 нм. Исследования проведены с помощью He–Ne/ආ₂-лазера, стабилизированного по линии насыщенного поглощения в молекулярном йоде 127, установки для измерений разности частот источников лазерного излучения и комплекса аппаратуры для измерения частоты (длины волны в вакууме) лазеров в диапазоне длин волн 500–1050 нм на основе оптической частотной гребёнки. В результате исследований определены основные источники и границы составляющих неисключённой систематической погрешности и стандартной неопределённости по типу В, среднее квадратическое отклонение и стандартная неопределённость по типу А. Проведён сравнительный анализ метрологических характеристик ГЭТ 2-2010 и ГЭТ 2-2021, показывающий выполнение в ходе совершенствования эталона поставленных задач. Таким образом, стало возможным воспроизведение единицы длины на длине волны 633 нм со средним квадратическим отклонением 1,6·10^–12 и на длине волны 532 нм со средним квадратическим отклонением 1,3·10^–12, расширен диапазон передачи единицы длины источникам лазерного излучения и другим современным высокоточным средствам измерений. Полученные метрологические характеристики эталона не уступают лучшим мировым аналогам. Государственный эталон единицы длины – метра ГЭТ 2-2021 успешно прошёл испытания и утверждён приказом Росстандарта.

1. Recommended values of standard frequencies for the metre. URL: https://www.bipm.org/en/publications/mises-en-pratique/standard-frequencies-metre (дата обращения: 15.10.2021).

2. Александров В. С., Захаренко Ю. Г., Кононова Н. А.,Лейбенгардт Г. И., Федорин В. Л., Чекирда К. В. Государственный первичный эталон единицы длины – метра ГЭТ 2-2010 // Измерительная техника. 2012. № 6. С. 3–7.

3. Kononova N. A., Zackharenko Yu. G., Fedorin V. L., Fomkina Z. V., Investigations of metrological characteristics of the “Winters Electro-Optics, Inc.” iodine-stabilized He–Ne laser by The State Primary Standard of the Unit of Length – GET 2-2010, 18th International Conference on Laser Optics ICLO 2018, St. Petersburg, p. 56.

4. Денисов В. И., Игнатович С. М., Квашнин Н. Л., Скворцов М. Н., Фарносов С. А. Прецизионная модуляция лазерного излучения акустооптическим модулятором для стабилизации Nd:YAG-лазера по оптическим резонансам в молекулярном йоде // Квантовая электроника. 2016. Т. 46. № 5. С. 464–467.

5. Скворцов М. Н., Охапкин М. В., Невский А. Ю., Багаев С. Н. Оптический стандарт частоты на основе Nd:YAGлазера, стабилизированного по резонансам насыщенного поглощения в молекулярном йоде с использованием второй гармоники излучения // Квантовая электроника. 2004. Т. 34. № 12. С. 1101–1106.

6. Peter Jungner, Mark L. Eickhoff , Steve D. Swartz, Jun Ye, John L. Hall, Steave В. Waltman, Proc. SPIE 2378, Laser Frequency Stabilization and Noise Reduction, 1995, vol. 2378, pp. 22–34. https://doi.org/10.1117/12.208229

7. Holzwarth R., Nevsky A. Yu., Zimmermann M., Udem Th., Hansch T. W., Von Zanthier J., Walther H., Knight J. C., Wadsworth W. J., Russell P. St. J., Skvortsov M. N., Bagayev S. N., Absolute frequency measurement of iodine lines with a femtosecond optical synthesizer, Applied Physics B-Lasers and Optics, 2001, vol. 73(3), pp. 269–271.

8. Игнатович С. М., Квашнин Н. Л., Скворцов М. Н. Сдвиг частоты иодного оптического стандарта частоты в зависимости от величины пробной модуляции частоты излучения, давления и температуры газа в поглощающей ячейке // Квантовая электроника. 2018. Т. 48. № 10. С. 973–976.

9. Захаренко Ю. Г., Кононова Н. А., Фомкина З. В., Чекирда К. В., Лукин А. Я. Разработка прикладного программного обеспечения для комплекса аппаратных средств высшей точности для воспроизведения и передачи единицы длины // Приборы. 2018. № 12(222). С. 42–47.

10. Холл Дж. Л. Определение и измерение оптических частот: перспективы оптических часов и не только // Успехи физических наук. 2006. Т. 176. № 12. С. 1353–1367. https://doi.org/10.3367/UFNr.0176.200612i.1353

11. Хэнш Т. В. Страсть к точности // Успехи физических наук. 2006. Т. 176. № 12. С. 1368–1380. https://doi.org/10.3367/UFNr.0176.200612j.1368

12. Tsatourian V., Femtosecond combs for optical frequency metrology, 2013, available at: https://www.ros.hw.ac.uk/bitstream/ handle/10399/2747/TsatourianV_0314_eps.pdf?sequence=1 (accessed: 15.03.2021).

13. Sizmann A., Fischer M., Holzwarth R. Calibration System based on a Laser Frequency Comb. Interim Report to ESO Version 0.1. Menlo Systems GmbH. 2006. [Электронный ресурс]. URL: http://www.eso.org/~lpasquin/permarco/InterimReportCalibrationSystemV0.120.6.06.pdf (дата обращения: 15.03.2021).

14. Ye J., Schnatz H., Hollberg L. W., IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 2003, vol. 9. no. 4, pp. 1041–1058. https://doi.org/10.1109/JSTQE.2003.819109

15. Захаренко Ю. Г., Кононова Н. А., Федорин В. Л., Фомкина З. В., Чекирда К. В. Перспективы развития эталонной базы Российской Федерации в области измерений длины // Измерительная техника. 2020. № 2. С. 3–5. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2020-2-3-5