Каким длительным и сложным бывает путь к новому определению основных единиц и к их практи-
ческой реализации, наглядно свидетельствует история создания современного первичного государственного
эталона длины - метра.
В 1791 г. Национальное собрание Франции постановило принять за основную единицу длины
1/10000000 часть четверти земного меридиана. В 1799 г. на основе геодезических измерений Парижского
меридиана и его соответствующей части был изготовлен вещественный образец (прототип) метра в соответ-
ствии с его определением. Этот образец, изготовленный в виде платиновой концевой меры и получивший
название "архивного метра" прослужил в качестве единственного эталона метра почти 90 лет. К 1889 г. Ме-
ждународное бюро мер и весов, изготовило из платиноиридиевого сплава 34 копии архивного метра, одна из
которых (№ 6 — наиболее близкая к архивному метру) была принята 1-й ГКМВ (1889 г.) в качестве между-
народного прототипа метра, а остальные копии переданы странам, подписавшим метрическую конвенцию.
Две такие копии (№28 и №11) получила Россия, из них копия №28 явилась первым Государственным
эталоном метра в нашей стране, утвержденным в 1918 г., и просуществовавшим в этом ранге вплоть до 1968
г., когда в качестве государственного первичного был утвержден новый эталон метра, соответствующий но-
вому "световому" определению единицы длины. Размер новой единицы (1 650 763,73 длин волн оранжевой
линии криптона-86) соответствовал размеру прежнего международного прототипа метра.
В основе Государственного первичного эталона метра, как и в основе определения этой единицы,
были заложены два фундаментальнейших свойства материи:
1) атомное "происхождение" оптического излучения, имеющего квантово-механический характер и
2) явление интерференции электромагнитных волн.
В 1983 г. ХVII Генеральная конференция по мерам и весам приняла новое определение метра: "Метр
– длина пути, проходимого в вакууме светом за 1/299792458 доли секунды". Новый эталон метра опирается
на эталон единиц времени и частоты.
Создание единого эталона единиц времени-частоты-длины является значительным шагом в исполь-
зовании современной физики в метрологии, в осуществлении программы перехода на естественные эталоны,
основанные на фундаментальных физических константах. Преодолеть технические трудности, стоящие на
пути создания единого эталона, стало возможным лишь после разработки систем, использующих фундамен-
тальные достижения квантовой механики. Возможность создания единого эталона, т. е. возможность
воспроизведения в одном физическом процессе - распространении плоской электромагнитной волны в
вакууме - двух единиц физических величин - единиц времени и длины, базируется на фундаментальной
постоянной - скорости света в вакууме с = 299792458 м/с и соотношении c = , связывающем пространст-
во и время ( - частота, - длина волны).
Ранее использовать значение скорости света как фундаментальной физической константы было за-
труднительно. К 1980 г. ее значение принималось как (299792,458 ± 0,0012) км / с, т.е. не могло рассматри-
ваться как константа. Использование высокостабильных лазеров при измерении скорости света позволило
постулировать значение скорости света точно равной 299792,458 км / с.
В настоящее время для обеспечения высокой степени стабилизации важнейшего параметра лазер-
ного излучения – частоты широко применяются гелий – неоновые лазеры на длине волны излучения = 3,39
мкм (инфракрасная область спектра) и = 0,63 мкм (видимая область спектра), стабилизированные соответ-
ственно по насыщенному поглощению в метане (He–Ne/ CH4) и молекулярном йоде (He–Ne/I2). Лазеры на
основе (He–Ne/ CH4) по воспроизводимости частоты приближаются к цезиевому стандарту частоты, являю-
щемуся основой эталона единиц времени и частоты. Работающий в видимом диапазоне спектра He–Ne/I2
лазер позволяет реализовать новое определение метра через скорость распространения света в вакууме. На-
личие излучения на двух длинах волн( = 0,63 мкм и = 3,39 мкм) дает возможность с помощью интерфе-
рометра обеспечить высокую точность измерений.
На рисунке 4 приведена структурная схема единого эталона. В состав его входят: государственный
первичный эталон единиц времени и частоты, включающий государственный эталон единиц времени и час-
тоты (радиодиапазона), радиооптический частотный мост, лазеры ( = 3,39 мкм), а также государственный
первичный эталон единицы длины (метра), включающий лазеры ( = 0,633 мкм), интерферометры 1 и 2 и
установку для измерения отношения длин волн.
Государственный Государственный
первичный эталон Периодические сличения
первичный эталон
единиц времени и длины
частоты
Лазеры Интерферометр 1
Радиооптический Лазеры Интерферометр 2
частотный мост
Государственный Установка для
эталон времени и измерения
частоты отношения длин
волн
Кратные и дольные единицы длины
Кратные и дольные единицы времени и частоты
Рисунок 4. Государственный единый эталон единиц времени, частоты и длины
Этот эталон имеет погрешность воспроизведения в виде среднего квадратического отклонения ре-
зультата измерений 110-11.
Единый эталон метра – секунды – герца введён в действие как государственный в 1992 году. Эталон единиц
времени, частоты и длины состоит из двух частей: эталон времени и частоты, а также РОЧМ, составляющие
его первую часть, находятся в ГП «ВНИИФТРИ», вторая же часть, составляющая интерферометр для срав-
нения длин волн, He–Ne/CH4 и He–Ne/I2 лазеры и интерференционный компаратор, находится во ВНИИМ
им. Д.И. Менделеева. С целью объединения обеих частей эталона в единый был разработан и введён в со-
став эталона транспортируемый He–Ne/CH4 лазер, длина волны которого устанавливается по выходному He–
Ne/CH4 лазеру РОЧМ и служит для измерения длины волны He–Ne/I2 лазеров, находящихся во ВНИИМ им.
Д.И. Менделеева.