CALIBRACIÓN EN FRECUENCIA DE LÁSERES ESTABILIZADOS
Resumen: se implementó un sistema de medición a partir del cual se logró calibrar láseres estabilizados en frecuencia con una incertidumbre dos ordenes mejor que la que obtenía cuando estos mismos se calibraban en longitud de onda.
Equipo responsable: G. Mingolla, J. Álvarez, L. Álvarez,
S.Ilieff, E.Beer, y K. Bastida. Física y Metrología – UT: Óptica.
Marco del Proyecto: mayor confiabilidad de productos
INM
Comparaciones
INM
Trazabilidad
Trazabilidad
Laboratorios de Calibración y Ensayos
(Por ej. SAC)
Laboratorios de Calibración y Ensayos
Normas, doc.
Normas, doc.
Servicios y Productos
Aceptación de resultados y ensayos
Servicios y Productos
El metro en el SI
Un metro se define como la distancia que recorre la luz en vacío, en un intervalo de tiempo de 1/299792458 s.
Por lo tanto, por definición, la velocidad de la luz en vacío es de 299792458 m/s
[ ] C0[m / s] = λ 0[m]. f s− 1
λ
Donde f es la frecuencia, λ0 la longitud de
onda en el vacío, y Co la velocidad de la luz
en vacío.
Mantenimiento, realización y diseminación del metro patrón SI Argentino
Láser patrón
Se mantiene a través de comparaciones claves.
Calibración de láseres primarios,
en frecuencia y longitud de onda
Calibración de láseres
secundarios
Calibración de bloques
Metro SI Argentino: He-Ne estabilizado con celda de I2
Celda de I2
Tubo de He-Ne
Comparación CCL-K11, Septiembre,2009
INTI CENAM INMETRO
Μ ΜΜ
Μ
INMETRO CENAM INTI
Μ λ/2
FI Μ
Μ Μ
NRC BS
Salida
λ/2 FI
Metro SI Argentino: Resultados
Estabilidad modulación
Temperatura f vs Potencia
•parámetros de sensibilidad
•Estabilidad del láser
•Frecuencia
uVieja fVieja
=
2.10− 11
u Nueva f Nueva
=
8.10− 13
∆f f
=
8.10− 12
Calibración en longitud de onda
Láser medido Láser patrón
λ 0V =
NR NV
nV nR
λ 0R
λ0 la longitud de onda en el vacío, n el índice de refracción en el aire y N el número de franjas.
L = NRλ R = NV λ V
Interferencia
Calibración en frecuencia
Superposición de dos ondas de frecuencia w1 y w2
2W+ ~ 4.106 GHz 2W-~ 21,5 MHz
E = 21E401.4Co4s2(k4− x4− w43− t).Cos(k + x − w+ t)
E0
k es la frecuencia espacial, w la frecuencia temporal, 2w-=w1-w2 la frecuencia de batido, (frecuencia medida y trazable al reloj de Cs).
Varianza de Allan, Varianza Standard
Variación en frecuencia de la señal de batido en función del tiempo
τ1 τ2
τ3
t1
t2
t3
T~τ
tN-1 tN
t
T
( ) ∑ σ
2 y
τ
=
1 2(N −
1)
N−1
( yi+ 1
i= 1
−
yi )2
yi es la i-ésima frecuencia promediada en el intervalo τ, con τ=mτ0 el intervalo de observación, y m=2N el máximo número de cálculos posibles
Medición de la estabilidad de un láser
Varianza de Allan
σ y (τ ) > σ y (τ Cs ) y σ y (τ ) > σ y (τ Ref ) ∀ τ
Desviación de Allan σy(t) relativa en función del tiempo de muestreo.
Resultados
• Con el método descripto, “calibración en frecuencia” se logró determinar la frecuencia de un láser estabilizado con una incertidumbre relativa combinada del orden de 1 parte en 1010, mejor en dos ordenes que con el método interferométrico. El hecho se debe a que la frecuencia de un láser (magnitud derivada del tiempo) se puede medir con mayor exactitud que la longitud de onda.
•Este resultado nos permitió cerrar la cadena de trazabilidad en metrología dimensional dentro del país.
•Permitió además agregar un nuevo servicio como es la calibración de láseres estabilizados incluyendo análisis de estabilidad. Servicio que se necesita no solo en el país sino en la región.
•El método es además más robusto que la calibración en longitud de onda, por lo que demanda menos tiempo del operador.
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