Перспективный активный водородный стандарт частоты VCH-2021
Труды ИПА РАН, вып. 67, 44–50 (2023)
DOI: 10.32876/ApplAstron.67.44-50
Ключевые слова: активный водородный стандарт частоты, система двойной сортировки, метод адиабатического быстрого прохождения
Информация о статье Текст статьиАннотация
В статье рассмотрены результаты инициативной разработки перспективного активного водородного стандарта частоты VCH-2021, основой которого служит квантовый водородный генератор с двойной сортировкой атомов водорода по квантовым состояниям. Проанализированы основные вклады в нестабильность частоты активных водородных стандартов частоты: влияние тепловых шумов резонатора и приемника. Поскольку нестабильность частоты на средних и длительных интервалах времени измерения в основном определяется тепловыми шумами резонатора, для уменьшения их вклада предложен метод двойной сортировки атомов водорода по квантовым состояниям. Рассмотрены основные конструктивные особенности системы двойной сортировки атомов и результаты расчётов количества атомов, ежесекундно попадающих в накопительную колбу. Обосновывается выбор конструкции инвертирующей области. На данный момент известны два метода создания области инверсии: метод быстрого изменения направления магнитного поля и метод адиабатического быстрого прохождения. Основным преимуществом метода адиабатического быстрого прохождения с точки зрения применения в серийно-выпускаемых приборах является отсутствие необходимости в тщательной экранировке области инверсии. Величина постоянной составляющей магнитного поля в этом методе составляет единицы Гс, в то время как для корректной работы метода быстрого изменения направления магнитного поля величина остаточных внешних магнитных полей не должна превышать 1 мкГс. Приведено описание основных электронных узлов VCH-2021. В приборе применена система цифровой фазовой автоподстройки частоты кварцевого генератора и система цифровой автоматической настройки резонатора. Это позволило уменьшить температурный коэффициент фазы выходных сигналов активных водородных стандартов частоты на уровне 2пс/°С; упростить регулировку; повысить точность, воспроизводимость, стабильность, компактность. Разработан модуль управления системой двойной сортировки атомов, обеспечивающий подачу постоянного тока и генерацию частоты зеемановских переходов, необходимые для работы инвертирующей области по методу адиабатического быстрого прохождения.
Цитирование
А. А. Беляев, В. Г. Воронцов, С. Д. Горелов, Н. А. Демидов, Д. Г. Князев, В. А. Поляков, Ю. В. Тимофеев. Перспективный активный водородный стандарт частоты VCH-2021 // Труды ИПА РАН. — 2023. — Вып. 67. — С. 44–50.
TY - JOUR
TI - Перспективный активный водородный стандарт частоты VCH-2021
AU - Беляев, А. А.
AU - Воронцов, В. Г.
AU - Горелов, С. Д.
AU - Демидов, Н. А.
AU - Князев, Д. Г.
AU - Поляков, В. А.
AU - Тимофеев, Ю. В.
PY - 2023
T2 - Труды ИПА РАН
IS - 67
SP - 44
AB - В статье рассмотрены результаты инициативной разработки
перспективного активного водородного стандарта частоты VCH-2021,
основой которого служит квантовый водородный генератор с двойной
сортировкой атомов водорода по квантовым состояниям. Проанализированы
основные вклады в нестабильность частоты активных водородных
стандартов частоты: влияние тепловых шумов резонатора и приемника.
Поскольку нестабильность частоты на средних и длительных интервалах
времени измерения в основном определяется тепловыми шумами
резонатора, для уменьшения их вклада предложен метод двойной
сортировки атомов водорода по квантовым состояниям. Рассмотрены
основные конструктивные особенности системы двойной сортировки атомов
и результаты расчётов количества атомов, ежесекундно попадающих в
накопительную колбу. Обосновывается выбор конструкции инвертирующей
области. На данный момент известны два метода создания области
инверсии: метод быстрого изменения направления магнитного поля и
метод адиабатического быстрого прохождения. Основным преимуществом
метода адиабатического быстрого прохождения с точки зрения применения
в серийно-выпускаемых приборах является отсутствие необходимости в
тщательной экранировке области инверсии. Величина постоянной
составляющей магнитного поля в этом методе составляет единицы Гс, в
то время как для корректной работы метода быстрого изменения
направления магнитного поля величина остаточных внешних магнитных
полей не должна превышать 1 мкГс. Приведено описание основных
электронных узлов VCH-2021. В приборе применена система цифровой
фазовой автоподстройки частоты кварцевого генератора и система
цифровой автоматической настройки резонатора. Это позволило уменьшить
температурный коэффициент фазы выходных сигналов активных водородных
стандартов частоты на уровне 2пс/°С; упростить регулировку; повысить
точность, воспроизводимость, стабильность, компактность. Разработан
модуль управления системой двойной сортировки атомов, обеспечивающий
подачу постоянного тока и генерацию частоты зеемановских переходов,
необходимые для работы инвертирующей области по методу
адиабатического быстрого прохождения.
DO - 10.32876/ApplAstron.67.44-50
UR - http://iaaras.ru/library/paper/2170/
ER -