рубидиевый стандарт частоты

РУБИДИЕВЫЙ СТАНДАРТ ЧАСТОТЫ - разновидность квантовых стандартов частоты с оптич. накачкой, относится к классу вторичных стандартов. Существуют пассивный Р. с. ч. и активный Р. с. ч. на рубидиевом квантовом генераторе. В службе времени и технике преим. находят применение пассивные Р. с. ч. Относит, нестабильность частоты находится на уровне 10^-13 за время порядка суток и 10^-12 за время порядка неск. месяцев. Малогабаритные пассивные Р. с. ч. имеют объём 10³ см³.

Активной средой в Р. с. ч. являются пары атомов ⁸⁷Rb. Используется переход S_1/2, F± = 1,F₂ - 2, m_F = 0 между подуровнями основного состояния атомов, невозмущённая частота к-рого равна v₀ = 6834682614 Гц. Зависимость частоты рабочего перехода от магн. поля квадратична и определяется выражением v_p = v₀ + 0,08937 H² (Гц*А^-2*м²). Из-за относительно низкой частоты рабочего перехода равновесная разность населённостей его подуровней невелика и не может уверенно наблюдаться обычными методами радиоспектроскопии.

В квантовом частотном дискриминаторе пассивного Р. с. ч. для увеличения отношения сигнала к шуму при индикации рабочего перехода используются оптич. накачка и индикация. Оптич. излучение соответствующего спектрального состава (содержащее D₁F₁ и D₂F₂-компоненты D₁- и D₂-линий в спектре излучения атомов ⁸⁷Rb) действует на атомы ⁸⁷Rb, переводя их с подуровней S_1/2, F₁ основного состояния в возбуждённые состояния Р_1/2, Р_3/2, нарушая тем самым равновесное распределение атомов п существенно повышая разность населённостей подуровней рабочего перехода (населённость подуровней S_1/2, F₂ растёт, а подуровней S_1/2, F₂уменьшается). Индикацию рабочего перехода ведут в этом случае по интенсивности света накачки, прошедшего через пары атомов рубидия. Действительно кол-во света, поглощённого в процессе накачки, зависит от числа атомов на подуровне S_1/2, F₁ = 1, т_F = 0 рабочего перехода. Если в дополнение к свету накачки подействовать одновременно на атомы рубидия резонансным СВЧ-излучением на частоте рабочего перехода, то оно будет стремиться выровнять населённости, т. е. увеличить населённость подуровня S_1/2, F₁, m_F = 0. В свою очередь это приведёт к увеличению поглощения света накачки и уменьшению его интенсивности на выходе. Эта интенсивность оказывается зависящей от точности настройки частоты СВЧ-излучения на частоту рабочего перехода и, следовательно, может быть использована для его индикации.

В качестве источника света накачки в Р. с. ч. используют газоразрядную спектральную лампу с парами ⁸⁷Rb. В спектре излучения такой лампы присутствуют как нужные для накачки D₁F₁ - и D₂F₂-компоненты, так и препятствующие накачке D₁F₂- и D₂F₁-компоненты. Для устранения нежелательных компонентов свет спектральной лампы пропускают через фильтр, представляющий собой колбу с парами атомов.

Структурная схема квантового дискриминатора Р. с. ч. приведена на рис. Свет накачки от газоразрядной лампы 1 с парами атомов ⁸⁷Rb последовательно проходит через фильтр 2 с парами атомов ⁸⁵Rb, рабочую ячейку 3 с парами атомов ⁸⁷Rb и поступает на фотоприёмник 4 с предварит. усилителем 5 на частоте вспомогат. фазовой модуляции F. Для уменьшения допле-ровской ширины линии рабочего перехода рабочая ячейка содержит также смесь инертных газов при давлении неск. торр. Уменьшение уровня радиочастотной мощности на частоте v достигается путём размещения рабочей ячейки в резонаторе 6.

Лит.: Григорьянц В. В., Жаботинский М. Е., Золин В. Ф., Квантовые стандарты частоты, М., 1968. Е. Н. Базаров.

   <<      Предметный указатель      >>