стандарты частоты , квантовые стандарты частоты оптического диапазона. О. с. ч. по сравнению с квантовыми стандартами частоты радиодиапазона имеют важные преимущества: более высокую стабильность частоты ~10v13, а в перспективе ~10v15 v 10v16 (в диапазоне СВЧ - 10v12); возможность создания в одном приборе эталонов частоты (т. е. времени) и длины (интерферометрические измерения длины волны).
Основным элементом О. с. ч. является газовый лазер (2 на рис. 1 ), работающий в спец. режиме, который позволяет выделять из относительно широкой спектральной линии (см. Ширина спектральных линии ) чрезвычайно узкие пики, фиксирующие положение вершины спектральной линии n0 (центральной частоты перехода). Спектральные линии газа в оптическом диапазоне из-за Доплера эффекта имеют тонкую структуру. Они состоят из смещённых линий однородной ширины, излучаемых отдельными атомами ( рис. 2 ). В слабых световых полях эта структура не проявляется. В мощных же полях происходит избирательное поглощение энергии частицами, обладающими определённой скоростью, в результате чего в контуре спектральной линии 'выжигаются' узкие провалы (минимумы мощности излучения) с шириной Г, равной однородной ширине линии ( рис. 3 ). Т. к. в резонаторе лазера распространяются 2 волны, бегущие навстречу друг другу, то каждая из них резонансно поглощается 'своей' группой атомов, отличающихся.знаком проекции скорости на ось резонатора: |k , где k с (n- n0)/n0. Поэтому в спектральной линии выжигаются 2 провала. Только если генерация лазера возбуждается на частоте резонатора, соответствующей вершине спектральной линии n0, обе бегущие волны поглощаются одними и теми же частицами и 2 провала сливаются в 1 ( рис. 4 ).
Этот эффект, обнаруженный в 1962-63 американскими учёными У. Ю. Лэмбом и У. Р. Беннеттом, дал возможность принять в качестве репера частоты частоту генерации лазера, 'привязанную' к частоте n0 квантового перехода не по доплеровской ширине (2 на рис. 2 ), а по однородной ширине Г линии, что даёт точность ~10v10 v 10v11. Однако эта точность не была бы достигнута, если бы не был ослаблен эффект смещения (сдвиг) спектральной линии, обусловленный соударениями частиц газа между собой, что возможно при уменьшении давления. Для этого в резонатор лазера вводится ячейка с поглощающим газом (3 на рис. 1 ). Если при изменении частоты генерации в центре спектральной линии излучения появляется минимум мощности ( рис. 4 ), то в центре линии поглощения этот же эффект приводит к максимуму мощности той же однородной ширины Г ( рис. 5 , а). Благодаря низкому давлению в поглощающей ячейке (10v3 мм рт . ст ., или 0,13 н / м 2)эта частота стабильна. Осуществленный О. с. ч. с гелий-неоновой усиливающей и метановой поглощающей ячейками (l3,39 мкм ) имеет g300v500 кгц и относительную стабильность частоты ~10v13, что означает поддержание частоты ~1014 гц с точностью до 10 гц .
Дальнейший прогресс в развитии О. с. ч. связан с возможностью выделения ещё более узких линий, фиксирующих частоту квантовых переходов на несколько порядков уже однородной ширины Г спектральной линии. Это осуществляется в лазере с кольцевым резонатором, работающем как в одноволновом, так и в двухволновом режимах ( рис. 6 ). При этом мощность излучения лазера из-за эффектов спектрального 'выгорания' линии, пространственного выгорания среды и фазового взаимодействия на частотах, близких к центральной частоте перехода, перераспределяется между волнами разных типов. Это приводит к возникновению узких резонансных пиков, которые могут быть на несколько порядков более узкими и более резкими, чем в случае пиков мощности линейного лазера. Воспроизводимость частоты кольцевых лазеров с метановой поглощающей ячейкой такая же, как и в случае линейных лазеров. Существуют и др. методы стабилизации частоты лазеров.
Лит.: Квантовая электроника. Маленькая энциклопедия, М., 1969; Басов Н. Г., Беленов Э. М., Сверхузкие спектральные линии и квантовые стандарты частоты, 'Природа', 1972, | 12 .
Э. М. Беленов.