Перспективный активный водородный стандарт частоты VCH-2021

А. А. Беляев, В. Г. Воронцов, Н. А. Демидов, Д. Г. Князев, В. А. Поляков, Ю. В. Тимофеев

АО «Время-Ч», г. Нижний Новгород, Россия

В докладе обсуждаются результаты инициативной разработки перспективного активного водородного стандарта частоты (АВСЧ) VCH-2021, основой которого служит квантовый водородный генератор с двойной сортировкой атомов водорода по квантовым состояниям.

Ключевым элементом, определяющим метрологические характеристики VCH-2021, является квантовый водородный генератор с двойной сортировкой атомов водорода по квантовым состояниям. В разработанном водородном генераторе увеличение произведения добротности спектральной линии на корень из мощности генерации в 1.5 раза обеспечило уменьшение нестабильности частоты, обусловленной тепловыми шумами водородного генератора до уровня \( \sigma(\tau) \leq 2 \cdot 10^{-14} / \sqrt{\tau} \). Это позволило уменьшить нестабильность частоты выходного сигнала прибора на интервалах времени измерения от 100 с до 1 суток приблизительно в 1.5 раза по сравнению с лучшими современными АВСЧ. СКДО частоты по результатам испытаний опытных образцов прибора на интервале времени измерения 1 сутки при этом составило менее 1⸱10^-16.

Увеличение мощности генерации позволило уменьшить нестабильность частоты, обусловленной тепловыми шумами приемника, в 1.5 раза по сравнению с серийно-выпускаемыми приборами. За счет использования системы цифровой фазовой автоподстройки частоты удалось экспериментально достигнуть нестабильности частоты на интервалах времени измерения 1 с и 10 с соответственно менее 8⸱10^-14 и 1⸱10^-14, а при использовании сверхмалошумящего кварцевого генератора — менее 5⸱10^-14 и 9⸱10^-15.

Литература

1) Claude A., Desaintfuscien M., Petit P., Schermann J.-P. Design of a double focalization in a hydrogen maser // IEEE Trans. on Instr. and Mass. IM-17, 1968.

2) Поляков В. А., Беляев А. А., Демидов Н. А., Тимофеев Ю. В. Математическое моделирование системы сортировки пучка атомов водорода с целью повышения кратковременной стабильности частоты водородного генератора // Метрология времени и пространства: Материалы симпозиума. Менделеево, ВНИИФТРИ, 17–19 сентября, 2013. С. 354–355.

3) Поляков В. А., Беляев А. А., Демидов Н. А., Тимофеев Ю. В. Система двойной сортировки атомов по квантовым состояниям для промышленного водородного стандарта частоты // Измерительная техника, 2018, № 8. С. 31–36.

4) Polyakov V., Timofeev Y., Demidov N. Frequency stability improvement of an active hydrogen maser with a single-state selection system // EFTF-IFCS 2021 Сonference program. 2021. P. 38.

5) Поляков В. А. Исследование и разработка водородного генератора с двойной сортировкой атомов для уменьшения нестабильности частоты: дис. …канд. техн. наук: 05.11.15. Н. Новгород, 2021. 135 с.