2. Координатно-временное обеспечение ГНСС (1151910), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Для определения частоты атомного резонанса, атомное облако, сформированное в «оптической трясине», с помощью лазеров подбрасывается вверх, пролетает через опросный резонатор, достигает апогея и под действием силы тяжести падает вниз, вторично пролетая через опросный резонатор. Затем с помощью лазеров определяют квантовое состояние атомов, прошедших через опросный резонатор, и определяется частота квантового перехода, после чего цикл, напоминающий работу пульсирующего фонтана, повторяется.

Рис.2.6. МЦР “Фонтан”. Схематическое устройство

Рис. 2.7 Конструкция «оптической трясины»

Неисключенная систематическая относительная погрешность воспроизведения частоты для МЦР “Фонтан” на конец 2012 года составила 5х10^-16.

2) Квантовые стандарты активного типа (генераторы)

Среди квантовых стандартов активного типа наиболее важным является водородный квантовый генератор, устройство которого схематично изображено на (рис. 2.8).

Рис. 2.8 Схема водородного квантового генератора

В водородном генераторе пучок атомов водорода выходит из источника 1, в котором при низком давлении под влиянием электрического разряда молекулы водорода расщепляются на атомы. Размеры каналов, через которые атомы вылетают из источника 1 в вакуумную камеру, меньше, чем средняя длина пролета атомов между их столкновениями, поэтому атомы водорода вылетают из источника в виде почти нерасходящегося пучка. Далее пучок проходит между полюсными наконечниками многополюсного магнита 2., поле которого фокусирует вблизи оси пучка атомы, находящиеся в возбужденном состоянии, и разбрасывает в стороны атомы, находящиеся в основном (невозбуждённом) состоянии.

Возбуждённые атомы пролетают через небольшое отверстие в кварцевую колбу 4, расположенную внутри объёмного резонатора 3, настроенного на частоту, соответствующую переходу атомов водорода из возбужденного состояния в основное. Под действием электромагнитного поля атомы водорода, переходя в основное состояние, излучают фотоны, которые в течение сравнительно большого времени, определяемого добротностью резонатора, остаются внутри него, вызывая вынужденное излучение таких же фотонов атомами водорода, влетающими позже. Иными словами, в резонаторе возникает положительная обратная связь, необходимая для возникновения незатухающих колебаний. Однако для возникновения таких колебаний необходимо, чтобы среднее время пребывания атома в резонаторе составляло порядка 1с.

Для этого в резонатор помещают кварцевую колбу 4, стенки которой покрыты изнутри тонким слоем фторопласта. Возбужденные атомы водорода могут удариться о пленку фторопласта более десяти тысяч раз, не потеряв при этом свою избыточную энергию. В результате в колбе скапливается значительное число возбужденных атомов водорода, достаточное для того, чтобы условия самовозбуждения были выполнены и водородный генератор стал источником электромагнитных колебаний с чрезвычайно стабильной частотой и узким спектром.

Следует отметить, что ширина спектра генерируемых колебаний существенно зависит от размера кварцевой колбы. Действительно, хаотичное движение атомов водорода внутри колбы должно было бы привести к расширению спектральной линии вследствие эффекта Доплера. Избежать расширения спектра удается при условии, что длина пробега атомов меньше длины волны м, поэтому размер кварцевой колбы должен быть меньше этого значения. В этом случае спектр генерируемого сигнала приобретает вид узкого пика, возвышающегося над широким низким пьедесталом; в частности, в водородном генераторе, генерирующем излучение с частотой порядка 1,42 ГГц, ширина спектральной линии составляет всего 1 Гц. Точное значение этой частоты, измеренное при помощи цезиевого эталона, равно (1 420 405 751,7860 ± 0,0046) Гц. Мощность электромагнитных колебаний на выходе водородного генератора имеет порядок 10^–12 Вт, поэтому аппаратура водородного стандарта частоты включает в себя высокочувствительный приемник.

Российский Государственный первичный эталон единиц времени, частоты и национальной шкалы времени ГЭТ 1-98 обеспечивает хранение и воспроизведение секунды и герца с погрешностью, близкой к 1·10^-14. Эталон (рис. 2.6), включающий в себя цезиевый репер и водородный генератор, находится во Всероссийском Научно-исследовательском институте физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ, г. Зеленоград) и входит в число наиболее точных национальных эталонов, на базе которых формируется общемировая шкала времени.

Рис.2.6 Государственный первичный эталон единиц времени, частоты и национальной шкалы времени ГЭТ 1-98

Характеристики

Список файлов лекций