Исследование источников оптической накачки для квантовых стандартов частоты на рубидиевой газовой ячейке

О. В. Березовская, С. А. Ермаков, Г. М. Смирнова, М. В. Хуторщиков

АО «РИРВ», г. Санкт-Петербург, Россия

В настоящее время, несмотря на развитие новых стандартов частоты с использованием лазерных технологий, традиционные квантовые стандарты частоты на рубидиевой газовой ячейке (КСЧ РГЯ), благодаря своим высоким точностным характеристикам, дешевизне и малым габаритам, широко используются в различных радионавигационных комплексах и глобальных навигационных системах. Требования к стандартам частоты в части точностных и эксплуатационных характеристик со стороны разработчиков новых систем непрерывно растут, а это, в свою очередь, требует повышения характеристик входящих в них узлов. Одним из основных узлов КСЧ РГЯ является источник оптической накачки, который обеспечивает создание инверсной населенности сверхтонкого перехода основного состояния в атомах рубидия, находящихся в газовой ячейке, по частоте которого происходит подстройка частоты кварцевого генератора в КСЧ РГЯ. Источник оптической накачки состоит из высокочастотного генератора, возбуждающего разряд в безэлектродной спектральной лампе (БЭСЛ), и ячейки-фильтра, осуществляющей изотопную фильтрацию излучения БЭСЛ.

Данная работа посвящена исследованиям изменения интегральной интенсивности излучения источника оптической накачки и параметров входящих в него спектральных приборов в процессе эксплуатации.

Представлены результаты изменения давления буферного газа Kr и количества рабочего вещества 87Rb в БЭСЛ в процессе эксплуатации. БЭСЛ были подвергнуты ускоренным испытаниям при повышенной температуре [1]. Измерения производились радиоспектроскопическим и оптико-термическим методами [2]. Из анализа полученных данных, с учетом коэффициента ускорения, показано, что долговечность ламп составляет более 150000 ч.

Приведены результаты исследования ячеек-фильтров, характеризующихся коэффициентом оптической накачки (К_он), также проведенных методом ускоренных испытаний, которые показали отсутствие изменения К_он в пределах погрешности измерений ~ 2 %.

Приведены результаты долговременных испытаний источников оптической накачки, в течение которых непрерывно велась регистрация интегральной интенсивности излучения. Определен дрейф интенсивности излучения, составивший 0.1 % за 1 месяц, показано сохранение работоспособности источников в течение 15 лет.

Таким образом, показано, что спектральные приборы не ограничивают срок службы КСЧ РГЯ, в том числе перспективных, а источник оптической накачки вносит вклад в дрейф частоты КСЧ РГЯ не более 1×10^-12 за 1 месяц.

Литература

1. Bassevich A. B., Beresovskaya O. V., Smirnova G. M. Investigation of spectral devices source for miniaturized rubidium gas cell atomic frequency standards // 19th European frequency and time forum, March 21–24, 2005. Actes proceedings. Besançon: S.F.M.C., 2005. P. 291–294. URL: https://www.eftf.org/fileadmin/conferences/eftf/documents/Proceedings/proceedingsEFTF2005.pdf (accessed: 25.12.2020).
2. Березовская О. В., Орлов Ф. Л., Смирнова Г. М. Современная реализация оптико-термического метода для бесконтактного определения количества рабочего вещества в замкнутых объемах // Вторая международная научно-практическая конференция «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». Сборник трудов. СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2006. Т. 5. С. 206–207.