ЛЕКЦИЯ №1 ЧАСТОТА И ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

1. Общегосударственное значение инноваций для экономики и национальной безопасности государства.

2. Главные функции государственных органов в инновационных процессах.

3. Основные аспекты государственной инновационной политики.

4. Способы государственного воздействия на эффективность инновационной деятельности.

5. Государственное регулирование международных связей в инновационной сфере (политический аспект международного трансфера технологии).

Общегосударственное значение инноваций для экономики и национальной безопасности государства

Экономический рост страны сочетает в себе экстенсивные и интенсивные факторы развития. К экстенсивным факторам развития страны относится прирост массы используемых в производственной сфере первичных ресурсов (таких как рабочая сила, земля, материальные составляющие), к интенсивным — повышение качества применяемых ресурсов и увеличение интенсивности их использования. В современных условиях выпуск продукции и предоставление услуг за счет большей занятости населения и вовлечения в оборот новых природных ресурсов ограничиваются. Решающее значение для экономики страны приобретают интенсивные факторы. Однако повышение квалификации кадров, производительности труда, качественных характеристик материалов и оборудования, а также их отдачи определяется скоростью распространения инноваций. По различным оценкам, вклад НТП в прирост валового внутреннего продукта (ВВП) наиболее развитых стран составляет 75-100%.

Под влиянием ИП изменяется также структура экономики. Постепенно отмирают устаревшие энергоемкие производства и возникают новые ресурсосберегающие. При этом изменяется экономическая организация общества. Появляются новые элементы в спектре хозяйственных структур (инновационные фирмы), изменяются связи между ними. Происходят изменения в структуре и реализации различных форм собственности. Развиваются новые технологии управления. Изменяется также государственное регулирование экономикой. Развивается политическая культура. Динамически изменяются правовые, этические, эстетические и нравственные нормы. Повышается уровень образования и здравоохранения. Распространение инноваций связывает различные социальные и экономические субъекты в единое целое, обеспечивает единство нации, а в отдельных случаях смягчает также социальные противоречия и конфликты.

В результате интенсивного распространения ИП в современном мире обострились экологические проблемы. Антропогенная нагрузка на окружающую среду приближается к критической. В то же время только на инновационном уровне возможна гармонизация отношений между человеком и природой. Научно-технические достижения в области рециклических технологий позволяют минимизировать использование невосполнимых ресурсов и уменьшать объемы вредных отходов и выбросов. Это особенно актуально в связи с принятием мировым сообществом концепции устойчивого развития в XXIв. при условии стабильного экологического равновесия.

Стремительно интернационализируется хозяйственная деятельность. Инновационные процессы приобретают международный характер. Кооперация различных стран нацелена на получение новых научно-технических результатов, распространение трансфера технологий как в овеществленной, так и в неовеществленной формах, создание мировой научно-инновационной инфраструктуры, осуществление инноваций, имеющих глобальный характер. При современных масштабах НТП многие ИП не под силу реализовать одной, даже наиболее развитой стране. Но полноценная интеграция одной отдельно взятой страны в мировые ИП невозможна без наличия адекватной научно-технической базы и механизмов, обеспечивающих восприятие инноваций из других стран. Уровень и эффективность ИП при включении страны в международное разделение труда зависят от ее позиций на мировых рынках товаров и услуг, а также от наличия квалифицированных специалистов.

Способность к быстрому восприятию инноваций — важнейший фактор национальной безопасности государства. Это положение имеет внешнюю и внутреннюю составляющие. Речь идет об обеспечении, прежде всего, научно-технологической безопасности. Для этого необходим мощный научно-технологический потенциал, позволяющий противостоять любому диктату извне, который ограничивает доступ к передовым технологиям и приводит к разрыву сложившихся технологических цепочек. Особенно велико значение инновационного потенциала для укрепления обороноспособности страны. Вместе с тем интернационализация ИП снижает угрозу конфликтов благодаря усилению технологической взаимозависимости стран.

Внутренняя составляющая процесса быстрого восприятия инноваций связана с распространением нововведений, позволяющих предотвратить антропогенные и природные катастрофы, террористические акты и противоправные действия.

Таким образом, инновационному менеджеру в своей деятельности следует учитывать также общегосударственные аспекты ИП. Приведем наиболее важные из них:

• решающее влияние на макроэкономические показатели;

• воздействие на структуру общественного производства;

• влияние на институциональные экономические механизмы;

• способность нации к продуцированию и внедрению нововведений;

• социальная стабильность;

• экологическое равновесие;

• активизация международного научно-технического сотрудничества;

• зависимость глобальной конкурентоспособности национальной экономики от уровня развития ИП;

• связь научно-инновационного потенциала с национальной безопасностью страны.

Главные функции государственныхорганов в инновационных процессах

Необходимость государственного регулирования ИП объясняется как общенациональным значением, так и экономическим содержанием инноваций. В настоящее время инновации становятся основным средством увеличения прибыли хозяйствующими субъектами. Однако при отсутствии государственного регулирования многие нововведения не могли бы быстро внедряться в практику. Таким образом, экономическая и социальная роль государства требует от государственных органов при регулировании ИП выполнения нескольких основных функций:

• аккумулирование средств на научные исследования и инновации путем концентрации ресурсов и механизмов перераспределения бюджета, а также за счет формирования специальных фондов;

• координация инновационной деятельности путем определения общих стратегических ориентиров инновационной политики. С этой целью государство способствует кооперации и взаимодействию различных институтов в осуществлении инноваций. Государственные структуры формируют единое технологическое пространство, обеспечивающее совместимость нововведений. Актуальной является также синхронизация нововведений по технологическим цепочкам и стадиям инновационного цикла;

• стимулирование инноваций путем поощрения конкуренции, финансовых субсидий, льгот участникам ИП, государственного страхования инновационного риска, а также "инновационного давления" на хозяйствующие субъекты введением санкций за выпуск устаревшей продукции и технологии;

• создание правовой базы ИП путем формирования необходимого законодательства и реально действующих механизмов его функционирования;

• кадровое обеспечение ИП путем создания программ обучения в государственных и негосударственных вузах, способствующих развитию генераторов нововведений и распространению в экономике организационных структур, внедряющих инновации (корпораций, групп, фирм);

• региональное регулирование ИП путем налоговых льгот и рационального размещения инновационного потенциала, а также стремлением выравнять условия распространения инноваций на территории страны;

• регулирование международного сотрудничества в проведении ИП через выработанную инновационную стратегию и кооперацию.

Основные аспекты государственной инновационной политики

Инновационная политика государства тесно связана с его инвестиционной политикой, направленной на стимулирование капиталовложений в ту часть инновации, в которой инвестиции являются базой для материализации нововведений. Важные пути государственного воздействия — стимулирование высокотехнологичных (наукоемких) отраслей, поощрение традиционных отраслей на новой технической базе, свертывание стагнирующих производств. Практически инновационная политика не отделима от промышленной, которая и создает спрос на инновации. Кроме того, поддерживать минимально необходимый уровень обороноспособности страны невозможно без постоянных инноваций.

Меры государственной инновационной политики должны создавать благоприятную для инноваций в социально-экономическую среду, инициировать и регулировать ИП. Механизмы реализации государственной инновационной политики Украины еще не применяются в полной мере. Если исходные правовые предпосылки этой политики содержатся в Конституции Украины, то законодательная база еще только начала формироваться.

Программа экономических исследований Украины ориентирована на поддержку исследований, направленных на решение проблем экономики переходного периода. Проекты финансируются в форме индивидуальных грантов украинским экономистам в следующих целях:

• поддержки и распространения новых научных методов и идей;

• поощрения прикладных исследований, связанных с решением проблем экономики переходного периода;

• развития исследовательского потенциала путем создания условий для научной работы молодых специалистов;

• содействия укреплению связей внутри научного экономического сообщества на территории Украины;

• создания условий для включения украинских исследователей в мировое экономическое сообщество.

Способы государственного воздействия на эффективность инновационной деятельности

Центральное место в системе прямого государственного воздействия на ИП занимает финансирование НИОКР и инновационных проектов из бюджетных средств. Важно также поддерживать рациональное соотношение при финансировании организаций, осуществляющих НИОКР и инновационную деятельность (базовое финансирование), и при выделении средств на разовые конкретные инновационные проекты (целевое финансирование). Большое значение для создания начального спроса на инновации имеют государственные контракты на выполнение НИОКР и государственные заказы на инновационную продукцию.

Эффективность ИП существенно повышается при организации конкурсов в распределении бюджетных средств. Для этого создаются специальные бюджетные или частично бюджетные (смешанные) фонды.

Исключительной прерогативой государства является правовое регулирование ИП путем законодательной фиксации статуса научной и инновационной деятельности, защиты прав научных работников, разработки механизмов реализации инновационной политики. Защита прав субъектов инновационной деятельности основывается на законодательных актах по вопросам интеллектуальной собственности и государственной патентно-лицензионной системы. Механизмы санаций и процедуры банкротства для инновационных субъектов должны быть смягчены. Также должно быть ограничено действие антимонопольных механизмов в отношении важнейших инновационных проектов.

Существенным элементом прямой поддержки инноваций является формирование государственной инновационной инфраструктуры путем создания сети центров распространения нововведений и консультаций. Государство способствует также формированию рынка инноваций путем информации в государственных изданиях о выставках, биржах, ярмарках, конференциях и т. д. Государство само может выступать в качестве агента рынка, например, при покупке и продаже лицензий.

Государственные органы призваны осуществлять мониторинг и прогнозирование ИП в стране и за рубежом, а также поиск эффективных технологий для широкого внедрения через свои представительства. Существенны меры моральной поддержки в виде присвоения почетных званий и наград, посещения государственными руководителями ведущих инновационных организаций.

Среди мер косвенного воздействия применяется льготное налогообложение. В мировой практике используются следующие виды налоговых льгот, стимулирующих инновационную деятельность:

• предоставление исследовательского и инвестиционного налогового кредита, т. е. отсрочка налоговых платежей в части затрат из прибыли на инновационные цели;

• уменьшение налога на прирост инновационных затрат;

• льготное налогообложение дивидендов юридических и физических лиц, полученных по акциям инновационных предприятий;

• льготное налогообложение прибыли, полученной в результате использования патентов, лицензий, ноу-хау и т. п., нематериальных активов, входящих в состав интеллектуальной собственности;

• уменьшение налогооблагаемой прибыли на сумму стоимости приборов и оборудования, передаваемых вузам, научно-исследовательским и другим инновационным организациям;

• вычитание из налогооблагаемой прибыли взносов в благотворительные фонды, деятельность которых связана с финансированием инноваций;

• зачисление части прибыли от инноваций на специальные счета с последующим льготным налогообложением в случае использования на инновационные цели.

В связи со значительными масштабами многих инновационных проектов и относительно низкой скоростью оборота средств в период осуществления нововведений актуальными становятся механизмы льготного кредитования. Государство может стимулировать инновации льготными (по срокам погашения и процентным ставкам) кредитами государственных банков или предоставлением преференций коммерческим банкам, кредитующим инновационную деятельность (льготное налогообложение, смягчение резервных требований и т. п.). Тем не менее, коммерческие банки зачастую не заинтересованы в кредитовании долгосрочных инновационных проектов. Поэтому важно стимулировать инновационные вложения финансовых структур, ориентированных на продолжительное "замораживание" средств, — страховых компаний, пенсионных фондов, ссудосберегательных ассоциаций и т.п.

Дополнительный источник средств на инновационное развитие предприятия получают при проведении государством политики ускоренной амортизации основных фондов. В мировой практике сложились две основные модели ускоренной амортизации:

• снижение срока переноса стоимости оборудования;

• установление повышенных норм амортизационных отчислений в первые годы эксплуатации оборудования и пониженных в последующие годы.

В условиях высокой инфляции необходима также систематическая переоценка стоимости основных фондов, для того чтобы избежать обесценивания и потери стимулирующих функций амортизационных отчислений.

Доступу к передовым инновационным технологиям способствует государственная поддержка финансового лизинга, осуществляемого в виде посреднической операции. Такая операция заключается в ассигновании средств для выкупа машин и оборудования у производителя с последующей их передачей юридическим и физическим лицам во временное пользование за установленную плату.

В ряде государств применяются также меры по стимулированию франчайзинга. Это один из способов распространения нововведений, основанный на праве создания предприятия, которому предоставляются нововведения на определенный период, что фиксируется договором.

Сильным рычагом инновационной политики государства является поддержка малого и среднего инновационного предпринимательства, которое обладает гибкостью в продуцировании и распространении нововведений и формирует конкурентную среду, благоприятную для инноваций. Для малого наукоемкого бизнеса особое значение имеет поиск потенциальных инвесторов и заказчиков, а также информационное обеспечение, ибо средств на самостоятельный инновационный маркетинг у этих структур недостаточно.

К действенным мерам относится государственное страхование рискового (венчурного) предпринимательства. Широко применяется субсидирование государственными структурами венчурных фирм в обмен на часть акций, которые могут обеспечить прибыль государства в случае успеха проекта.

В ряде государств предусматриваются также специальные дотации на наем научно-технического персонала в инновационные структуры.

Многоаспектность и динамичность современных ИП требуют координации действий всех участников научно-инновационного цикла: научно-технических и предпринимательских структур, потребителей инновационной продукции и общественных организаций, государственных органов и политической оппозиции. С этой целью в мировой практике создаются консультативные советы, комиссии, ассоциации, круглые столы и т. д. Во многих странах распространено сотрудничество государственных университетов и промышленных компаний, а также совместное финансирование бесприбыльных вначале инновационных организаций. В этом случае частный бизнес получает быстрый и непосредственный доступ к передовым технологиям, а вузы от этого имеют финансирование своей материально-технической базы для обучения студентов.

Эффективным средством координации и регулирования действий различных субъектов инновационного процесса является создание условного механизма генерирования и распространения нововведений в виде государственного стимулирования трансфера технологий в различных формах: овеществленной, информационной, за счет мобильности кадров и т. д.

Для переходного периода экономики Украины велика роль государственного содействия формированию ФПГ, которые способны объединить в один комплекс научно-технические структуры Национальной академии наук Украины и вузы, финансовые и производственные ресурсы. Согласно Указу Президента "О финансово-промышленных группах" статус ФПГ получают объединения, созданные в целях технологической или экономической интеграции для реализации инвестиционных проектов и программ, направленных на повышение конкурентоспособности и расширение рынков сбыта товаров и услуг, повышение эффективности производства, создание новых рабочих мест.

Для региональной экономики важными факторами инновационного развития являются специфика научно-технического и производственного потенциала региона, кадровое обеспечение, социальные и экологические проблемы инноваций, формирование инновационной инфраструктуры, характер малого инновационного предпринимательства.

Ведущее место в государственной поддержке структур, обеспечивающих самовоспроизводство инновационных механизмов, занимают специальные формирования, так называемые инновационные социогемы. К таким формированиям относятся инкубаторы инновационного бизнеса (бизнес-инкубаторы), наукограды, технопарки, технополисы. Они создаются с привлечением средств организаций различных форм собственности и обеспечивают прохождение нововведений через все стадии — от идеи до внедрения. В Украине для формирования технопарков наиболее перспективны промышленные объекты оборонных комплексов бывшего СССР в таких крупных агломерациях, как Харьков, Киев, Днепропетровск, где имеются развитые структуры научноисследовательских институтов и учебных заведений.

Государственное регулирование международных связей в инновационной сфере (политический аспект международного трансфера технологии)

Государственное регулирование международных связей в инновационной сфере базируется на общих принципах: взаимной выгоды, недопущения дискриминации, эквивалентной технологической зависимости сторон. Как и при воздействии на внутренние ИП, здесь используются прямые и косвенные методы. К прямым методам относятся непосредственное государственное инициирование и финансирование из бюджета двух- и многосторонних международных инновационных программ и проектов, совместных предприятий, деятельность международных исследовательских организаций и технологических центров, создание специализированных фондов и т. д. С этой целью государственные учреждения создают юридическую базу международной кооперации, как для законодательной проработки инновационных вопросов, так и для заключения международных договоров и соглашений с целью участия в работе совместных органов. К косвенным методам относят налоговые и кредитные льготы участникам сотрудничества, таможенное регулирование, экспортные и импортные квоты, международные патентно-лицензионные соглашения и механизмы их реализации.

Перечислим инструменты государственного регулирования международных связей:

• выбор приоритетных направлений сотрудничества и его реализации;

• финансирование обмена кадрами;

• подключение к мировым системам научно-технической информации;

• включение в мировое технологическое пространство путем введения в стране международных стандартов и норм;

• оказание юридических, посреднических, консультационных и других услуг участникам сотрудничества;

• поддержка международных контактов малого и среднего инновационного бизнеса;

• государственное стимулирование зарубежных инвестиций в инновационную сферу и аналогичных вложений отечественных инвесторов за границей;

• зарубежное патентование за государственный счет;

• привлечение зарубежных экспертов к оценке масштабных программ и проектов;

• закупка зарубежной научно-технической литературы.

Примером государственного регулирования научно-технической интеграции в странах Западной Европы, осуществляемого как на национальном, так и на наднациональном уровнях в области научных исследований и технологического развития, могут быть крупномасштабные целевые проекты "ESPRIT", "COST", "COPERNICUS", а также программы "Эврика" и "TACIS", которые в значительной степени ориентированы на повышение инновационной активности частного бизнеса и оказание помощи ученым и инноваторам стран СНГ и Восточной Европы.

В систему государственного регулирования входит также экспортный контроль, направленный на предотвращение утечки из страны инновационных разработок. Это касается, прежде всего, экспорта технологий двойного назначения в страны, где их использование может нанести ущерб безопасности экспортера и мирового сообщества. Для Украины актуально участие в многосторонних системах экспортного контроля типа Васенаарских соглашений.

Государственная стратегия и тактика в области международной научно-технической кооперации должны дифференцироваться по странам и регионам мира. Государственная диверсификация форм сотрудничества эффективна для международных связей. Вместе с развитием и укреплением контактов с ведущими странами Запада Украина активизирует взаимодействие с новыми индустриальными государствами, восстанавливает связи со странами Восточной Европы и СНГ. Доступ к мировым инновационным ресурсам и рынкам инновационной продукции облегчается при активном участии страны в работе международных организаций инновационного профиля, таких как ЮНЕСКО, ОЭСР, ЮНКТАД, ЮНИДО, МАГАТЭ и др.

Государственное регулирование связей в международных ИП предполагает обеспечить протекционизм по отношению к отечественным производителям инновационной продукции и повысить степень либерализации этих связей в области наукоемких и высоких технологий. При этом следует учитывать наиболее важные факторы и аспекты международного трансфера технологий, к которым можно отнести следующие:

• рациональное сочетание национальных интересов с внешнеэкономической стратегией на международной арене;

• стремление к устойчивому развитию цивилизации на базе нового мирового экономического порядка;

• миграцию интеллектуального потенциала;

• защиту интересов при осуществлении международных операций;

• национальную безопасность и приобретение новых государствсоюзников.

Таким образом, главной целью международной научно-инновационной политики государства является повышение глобальной национальной конкурентоспособности или поддержка высокого уровня жизни нации за счет применения эффективных технологий, использования преимуществ международного разделения труда и обеспечения лидирующих позиций на мировых рынках за счет постоянного повышения квалификации кадров и совершенствования инновационных механизмов.

ЛЕКЦИЯ №1 ЧАСТОТА И ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Частота (довжина хвилі у вакуумі) лазерного випромінювання визначається властивостями активного середовища й параметрами оптичного резонатора. Математичній вираз електричного поля лазерного випромінювання має вид

Спектр випромінювання (кількість мод у випромінюванні ) залежіть від геометричних властивостей резонатора й активного середовища може бути:

- багаточастотним (n>1) або одночастотним (n=1) у залежності від значення міжмодового інтервалу – , та шириною полоси посилення активного середовища.

- багатомодовим або одномодовим (висші моді ТЕМ_nm) у залежності від діафрагми в резонаторі.

У тому випадку, коли реалізується одночастотний та одномодовий режим можна ввести такий параметр як ширина лінії випромінювання . Ця величина залежить від природної ширині та технічної ширині лінії випромінювання

Природна ширина спектральної лінії набагато менше технічної, . Тому у лазерів поведінка частоти випромінювання залежить від технічної ширини. Величина різна для різних типів лазерів. Перехід до високостабільних систем, наприклад таким, як лазери, стабілізовані за надвузкими оптичними резонансами в атомах і молекулах, дозволяє одержати ширину спектральної лінії ~0,5 Гц. У випадку високостабільних лазерів, технічні флуктуації зменшуються и таким чином природні флуктуації, стають істотними. Форма природної спектральної лінії є лоренцівська з шириною, яка описується виразом [111]

(1.1)

Технічна ширина формується за рахунок природних флуктуацій для опису яких використовується модель гаусових флуктуації:

(1.2)

де - дисперсія частоти,

.

Тому вираз для технічної ширини має вигляд , підкреслюючи цим, що причиною розширення лінії в розглянутому випадку виявляються фактори технічного порядку, внесок яких залежить від конструкції лазера, стабілізації параметрів тощо.

Потрібно враховувати, що характеристикою «часова когерентність» визначають довжину часового цугу , протягом якого джерело є монохроматичним. Довжина когерентності - відстань відповідному поширенню хвилі протягом часу когерентності .

Час когерентності й довжина когерентності вводяться також і для багаточастотного випромінювання. (Голографія). Але тоді, ширина частотного спектра визначається кількістю мод у випромінюванні.

Для одержання необхідних частотних характеристик у першу чергу необхідно домагатися звуження технічної ширини лінії випромінювання. На наступному етапі шляхом використання природних ліній поглинання охолоджених атомів і іонів домагаються звуження природної ширини лінії випромінювання.

Лазери можуть бути зі стабілізацією частоти випромінювання по природних оптичних частотних реперах.

У таких лазерах к основним частотним характеристикам відносяться:

- номінальне значення частоти поглинання, обумовлене квантовими переходами, що беруть участь як оптичні репери;

- відтворюваність частоти випромінювання;

- нестабільність частоти випромінювання.

Загальне, широко використовуване, рівняння осцилятора, у якого існують малі статистичні модуляції амплітуди й фази

.

(1.3)

Миттєва частота являє собою похідну від фази коливань:

(1.4)

Динамічна складова миттєвої частоти визначається через залежну від часу фазу .

Для зручності опису стандартів частоти, що працюють на різних оптичних частотах , зазвичай використовується нормована фаза:

(1.5)

Часова похідна фази являє собою нормований частотний зсув

.

(1.6)

Безперервна нормована функція описує часову залежність флуктуацій частоти . У процесі послідовного виконання вимірів величини , які здійснюються звичайно за допомогою частотомірів, що працюють в радіодіапазоні, установлюється ряд дискретних значень . ( ). Оскільки кожний вимір частоти за допомогою частотомірів здійснюється протягом часу усереднення , що є встановлюваним параметром частотоміра, то величина являє собою .

У практиці частотних вимірів звичайно послідовність представляє ряд випадкових значень.

Тому для них можна ввести середнє значення:

(1.7)

стандартне відхилення:

(1.8)

і стандартне відхилення середнього:

(1.9)

- величина, що представляє собою ширину гістограми , побудованої по величинах або , які згруповані в межах смуг із шириною .

Часто флуктуації представляють результат впливу статистичних процесів. Якщо ці процеси стаціонарні, то відповідно до центральної граничної (предельной) теореми теорії ймовірностей трансформується в гаусову функцію щільності ймовірності с варіацією . Тому властивості статистичних процесів забезпечують оцінку очікуваного значення і варіації .

Використовуючи вираз для очікуваного значення, вираз для можна записати в такий спосіб:

(1.10)

Очікуване значення й варіація статистичного процесу може бути тільки оцінене за допомогою кінцевої послідовності флуктуючої величини, для якої оцінює очікуване значення гаусового процесу, а стандартне відхилення оцінює варіацію .

Крім того, визначення величини середнього й стандартного відхилення за результатами вимірів частоти одиночного осцилятора аналогічно середньої величини й стандартному відхиленню, що може бути визначене по статистичному усередненню ідентичних осциляторів. Фактично можливість використання такої умови випливає з ергодичності випадкових процесів, що впливають на поводження частоти осциляторів.

Використання статистичних методів для визначення середнього значення й стандартної девіації зустрічається із труднощами, якщо застосовуються до флуктуючих величин з кореляцією.

Для того щоб зробити оцінку середнього статистичного процесу при наявності кореляції необхідно встановити характеристики процесу вимірів. Так якщо кількість виконаних вимірів - , час вимірів - , час між початковими моментами окремих вимірів - (варто врахувати, що звичайно мертвий час між вимірами величина позитивний), то можна ввести варіацію в наступному виді:

(1.11)

Дисперсія Алана являє собою двоточковудисперсію й за умови й описується таким виразом:

.

(1.12)

Дисперсія Алана та її квадратний корінь, яку іноді називають стандартне відхилення Алана, ґрунтується на відмінності суміжних частотних значень вірніше, ніж частотні відмінності від середнього значення.

Альтернативою дисперсії Алана може бути визначення через девіацію фази або девіацію нормалізованої фази . Для заданого інтервалу

(1.13)

1.2 Особливість виміру абсолютних частот лазерного випромінювання за допомогою спектра випромінювання фемтосекундного лазера

Звичайно, відтворюваність частоти (довжини хвилі) важлива характеристика, але для лінійних вимірів необхідно знати абсолютне значення довжини хвилі випромінювання (абсолютну частоту оптичного випромінювання). Для виміру абсолютних оптичних частот створювалися радіочастотні мости й з їхньою допомогою дотепер вимірювали частоту лазерів в оптичному діапазоні. Сучасна техніка для виміру оптичних частот заснована на технології з використанням фемтосекундних лазерів. Слід зазначити, що розвиток цей технології (комбтехнології) тільки почався, тому вартість експериментального обладнання дуже висока. Із-за цього роботи з фемтосекундними лазерами не стали ще широкомасштабними. Щоб виміри з використанням цієї техніки абсолютне значення оптичної частоти необхідно знати параметри оптичного дискретного спектру випромінювання імпульсного лазера.

Імпульсне лазерне випромінювання фемтосекундної тривалості і його спектральні характеристики мають ряд специфічних властивостей.

У часовій області:

1. Імпульс являє собою коливання несучої оптичної частоти протягом інтервалу часу порядку с.

2. Обвідна імпульсу, тобто обвідна коливань несучої частоти, має максимум, що у часі не збігається з максимумом коливань несучої частоти.

3. Часове зрушення між зазначеними максимумами знаходиться через різницю фази несучої частоти щодо обвідної імпульсу (рис. 1).

Подібні зрушення фази неминуче виникають у реальному лазері через різницю між фазовою і груповою швидкостями випромінювання в резонаторі лазера.

У частотній області:

1. Послідовність оптичних імпульсів описується дискретним частотним спектром, ширина якого визначається через тривалість одиночного імпульсу – , тобто . Центральна частота спектра збігається із частотою випромінювання, що відповідає максимуму смуги посилення активного середовища. Таким чином, спектр являє собою набір дискретних оптичних частот. Наприклад, довжина хвилі випромінювання імпульсного лазера на основі Ti:сапфіра, перебуває в діапазоні від 700 до 800 нм (частота ~ 400 ТГц), щодо якої розташовується дискретний набір оптичних частот. Ширина оптичного спектра досягає 20 – 30 ТГц, залежно від конструктивних особливостей лазера.

2. Дискретний спектр випромінювання імпульсного лазера фемтосекундного діапазону інакше називають частотною гребінкою (рис. 2) оптичних еквідистантно розташованих частот, тим самим підкреслюється, що Фур’є–перетворення послідовності імпульсів являє собою не суцільний, а дискретний спектр. Частота кожного окремого піка такої гребінки (або кожної спектральної складової) визначається:

– її номером , що відлічується від першої гармоніки, розташованої поблизу нуля на частотній осі;

– частотним інтервалом між піками – ;

– величиною –зрушенням піка з «ідеальної» частотної сітки, що перекриває весь частотний діапазон, відносно . Внаслідок цього вся гребінка зрушується щодо спектра цілих гармонік частоти повторення на частоту розстроювання між несучою й що обгинає.

Рисунок 1. Часове подання фемтосекундних імпульсів

Частота окремого піка гребінки оптичних частот визначається виразом:

. (1.14)

Абсолютне значення оптичної частоти кожного піка визначається вимірюванням значень радіочастот і , що принципово спрощує завдання вимірювання оптичних частот з максимальною точністю. Оскільки вимірювання цих частот можуть бути проведені за допомогою високоточних частотомірів, каліброваних за водневими або рубідієвими стандартами частоти, то обумовлене значення оптичної частоти буде пов’язане із частотою первинного стандарту частоти – цезієвим стандартом частоти , дорівнює частоті міжмодового інтервалу і звичайно лежить у діапазоні 100 – 1000 МГц. , де – довжина резонатора, а – групова швидкість випромінювання усередині резонатора.

Випромінювання фемтосекундного лазера може бути представлено як сума усіх частотних компонентів:

. (1.15)

Звідси може бути визначений як різниця частот сусідніх спектральних компонент:

. (1.16)

Рисунок 2. Частотна гребінка випромінювання фемтосекундного лазера

Контрольні питання за темою лекції

1. Як організувати частотні вимірювання

2. Які методи обробки результатів вимірювань використовуються при частотних вимірюваннях

3. Назвіть особливості стаціонарніх та нестаціонарніх процесів, методу стаціонарних приращень , параметра Алана.

4. Які відомі особливості характеристики спектру випромінювання фемтосекундного лазеру.

5. Як проводяться вимірювання абсолютних значень частоти лазерного випромінювання за допомогою спектру випромінювання фемтосекундного лазеру.