|
| |
|
|
SMV-2012-04: Vývoj referencí optických frekvencí pro stabilizaci laserů ve viditelné spektrální oblasti
Lazar, Josef ; Hrabina, Jan
Cílem smluvního výzkumu byl návrh a realizace referencí optických frekvencí pro stabilizaci frekvenčně zdvojnásobených Nd:YAG laserů pracujících na vlnové délce 532 nm. Součástí vývoje byl též vývoj technologie absorpční reference – kyvety plněné médiem. Reference bude sloužit pro stabilizaci laserů pro potřeby primární metrologie optických frekvencí a délky. Měření provedená na kyvetě na našem pracovišti před předáním zákazníkovi vykázala hodnotu Stern-Vollmerova koeficientu měřeného metodou indukované fluorescence k0<1 Pa, což poukazuje na nejvyšší dosažitelnou čistotu absorpčního média a předpokládaný frekvenční offset absolutní optické frekvence pod 1 kHz. Předpokládaná dosažitelná stabilita stabilizovaného laseru je na úrovni 3 x 10-14 pro integrační dobu 100 s.
|
|
| |
|
|
Přeladitelná laserová dioda na vlnové délce 633 nm pro přesná měření délky a spektroskopii
Pham, Minh Tuan ; Mikel, Břetislav ; Hrabina, Jan ; Lazar, Josef ; Číp, Ondřej
Polovodičové lasery si našly pevné místo v řadě oborů lidské činnosti zejména díky své miniaturní velikosti, nízké ceně a vysoké energetické účinnosti. Nalezneme je jako zdroje koherentního záření ve fotonických sítích, slouží pro diagnostiku a terapii v medicíně, jsou běžné v pomůckách pro stavebnictví pro vytyčování budov či stanovení jejich rozměrů. Současné metody pro nejpřesnější měření délek v průmyslové praxi využívají principy laserové interferometrie, které jsou založeny na laserech pracujících ve viditelné oblasti spektra. Je-li laserový svazek viditelný pouhým okem, pro obsluhu odměřovacího systému jde o velkou výhodu, neboť v takovém případě lze provést justáž optické soustavy snadno. Tradičním laserem pro tyto účely je již mnoho desetiletí plynový laser HeNe, který je znám pro svoji vynikající koherenční délku. V minulosti proto byla provedena řada experimentů s nahrazením tohoto laseru za typ polovodičový. Nevýhodou klasických, běžně dostupných hranově emitujících polovodičových laserů s Fabryovým-Perotovým rezonátorem, je však jejich nízká koherenční délka. Snahou výrobců bylo proto opatřit aktivní prostředí polovodiče pasivním selektivním prvkem, který zvýší jakost vlastního rezonátoru a zároveň omezí vznik jeho vyšších podélných modů.
|
|
|
Interferometrický systém pro souřadnicové odměřování
Lazar, Josef ; Holá, Miroslava ; Hrabina, Jan ; Oulehla, Jindřich ; Číp, Ondřej ; Vychodil, M. ; Sedlář, P. ; Provazník, M.
Interferometrické měřicí systémy představují nejpřesnější nástroj pro měření geometrických veličin a to nejen z pohledu komerční dostupnosti na trhu, ale z pohledu základní metrologie, fyzikálních principů a limitů a současné platné definice délky. Nalézají uplatnění všude, kde přesnost, rozlišení a také rozsah a dynamika měření představuje nejvyšší prioritu. Základní konfigurace laserového interferometru pro měření délek představuje laserový zdroj záření s vysokou koherencí se stabilizací frekvence, optika interferometru s polarizační separací svazků v měřicí a referenční dráze, detekční systém, elektronika a software pro zpracování a vyhodnocení signálů a systém pro kompenzaci vlivu indexu lomu prostředí. Konstrukce vlastního laserového zdroje vycházela z použitého laseru – Nd:YAG laseru se zdvojnásobením optické frekvence. Výstup z laseru je dělen na malou část využitou ke stabilizaci a většina je vyvedena do kolimátoru s příslušným počtem stupňů volnosti pro justáž vyvázání do optického vlákna. Kyveta z borosilikátového skla je součástí skříně. Její délka postačí díky silným absorpčním čarám na této vlnové délce malá. Má 10 cm a je ve skříni z prostorových důvodů umístěna rovnoběžně s laserem. Detekce absorpčních čar je realizována formou lineární absorpční spektroskopie. Navržené řešení využívá techniku pomalého ladění v okolí maxima absorpce s reverzací směru ladění v okamžiku poklesu detekované absorpce. Funkčnost základního uspořádání sestavy interferometrického měřicího systému byla ověřována na sestavě složené z části z komerčních optických komponentů. Sestavení funkčního interferometru obsahujícího všechny základní prvky, včetně stabilizovaného laseru, optiky a elektroniky bylo mimo jiné motivováno účastí spoluřešitele – firmy Meopta - optika, s.r.o. na veletrhu LASER 2013 v Mnichově.
|
|
|
Laserové standardy pro interferometrii a přenos přesných frekvencí
Hrabina, Jan
Reference optických kmitočtů – absorpční kyvety – představují unikátní nástroj k frekvenční stabilizaci laserů. V kombinaci s vhodně zvolenými detekčními metodami dovolují dosažení ultimátních vlastností laserových systémů a proto jsou pomocí laserové spektroskopie ve vybraných plynech definovány a realizovány laserové normály délky pracující na řadě vybraných optických kmitočtech. Při použití takto stabilizovaného laseru pro přesné měření vzdáleností (laserová interferometrie) je tak zaručena přímá metrologická návaznost měření na základní normál. S výrobou absorpčních kyvet má ÚPT AV ČR bohaté zkušenosti. Díky mnohaletému vývoji technologie přípravy a plnění superčistých absorpčních plynů patří toto pracoviště na první místo ve světové špičce tohoto oboru. Kyvety plněné nejrůznějšími absorpčními médii (I2, Cs, Rb, 13C2H2, vzácné prvky a další) dodáváme do metrologických institucí po celém světě.
|
|
|
Pokročilé interferometrické systémy pro měření v nanotechnologiích
Lazar, Josef ; Hrabina, Jan ; Holá, Miroslava ; Vychodil, M.
Příspěvek popisuje výsledky společného projektu ÚPT a firmy Meopta – optika zaměřeného na vývoj interferometrických systémů pro měření v nanotechnologiích. Na ÚPT AV ČR jde o navázání na výsledky výzkumu na poli interferometrického měření vzdáleností a laserů s vysokou koherencí, stabilizace optické frekvence laserů a laserové metrologie. Jde o výzkumné práce zaměřené na průmyslovou interferometrii a v součinnosti s firmou Meopta - optika, s.r.o. o předání potřebného know-how pro přípravu výroby. Náplň projektu je zaměřená na výzkum technologie výroby, metodiky interferometrického měření, stabilizace frekvence laserových zdrojů záření, detekčních systémů interferenčního signálu, zpracování signálů, vše s důrazem na přesnost a rozlišení primárně pro měření v nanosvětě. Cílem společného úsilí je komplexní interferometrický měřicí systém v podobě funkčního vzoru, který bude sloužit jako východisko pro výrobu. Půjde o modulární rodinu komponentů konfigurovatelných pro různé sestavy využití především pro víceosé měření v nanotechnologiích a testování povrchů.
|
|
|
Multidimensionální interferometrický odměřovací systém pro AFM mikroskopii - národní etalon pro nanometrologii
Hrabina, Jan
Příspěvek prezentuje výsledky výzkumu na interferometrickém odměřovacím 6-osém systému pro mikroskopii s lokální sondou. Zařízení bylo vyvíjeno ve spolupráci s Českým metrologickým institutem v Brně a je v sestavě s AFM mikroskopem (mikroskop atomárních sil) určeno k provozu jako národní nanometrologický etalon. Systém sestává z komerčního nanopolohovacího stolku řízeného piezoelektrickými aktuátory s možností polohování, metrologického rámu a laserem napájené interferometrické sestavy pro odměřování polohy ve všech šesti osách volnosti.
|
|
|
Nanopositioning with detection of a standing wave
Holá, Miroslava ; Hrabina, Jan ; Číp, Ondřej ; Fejfar, A. ; Stuchlík, J. ; Kočka, J. ; Oulehla, Jindřich ; Lazar, Josef
A measuring technique is intended for displacement and position sensing over a limited range with detection of standing-wave pattern inside of a passive Fabry-Perot cavity. In this concept we consider locking of the laser optical frequency and the length of the Fabry-Perot cavity in resonance. Fixing the length of the cavity to e.g. a highly stable mechanical reference allows stabilizing wavelength of the laser in air and thus to eliminate especially the faster fluctuations of refractive index of air due to air flow and inhomogeneity. Detection of the interference maxima and minima within the Fabry-Perot cavity along the beam axis has been tested and proven with a low loss transparent photodetector with very low reflectivity. The transparent photodetector is based on a thin polycrystalline silicon layer. Reduction of losses was achieved thanks to a design as an optimized set of interference layers acting as an antireflection coating. The principle is demonstrated on an experimental setup.
|
|
|
Interferometric coordinates measurement sytem for local probe microscopy nanometrology
Hrabina, Jan ; Lazar, Josef ; Klepetek, P. ; Číp, Ondřej ; Čížek, Martin ; Holá, Miroslava ; Šerý, Mojmír
We present an overview of new approaches to the design of nanometrology measuring system with a focus on methodology of nanometrology interferometric techniques and associated problems. The design and development of a nanopositioning setup with interferometric multiaxis monitoring and control involved for scanning probe microscopy techniques (primarily atomic force microscopy, AFM) for detection of the sample profile is presented. Coordinate position sensing allows upgrading the imaging microscope techniques up to quantified measuring. Especially imaging techniques in the micro- and nanoworld overcoming the barrier of resolution given by the wavelength of visible light are a suitable basis for design of measuring systems with the best resolution possible. The system is being developed in cooperation with the Czech metrology institute and it is intended to operate as a national nanometrology standard combining local probe microscopy techniques and sample position control with traceability to the primary standard of length.
|
host ::
RSS.