Об уточнении характеристик изотопных фильтров для квантовых стандартов частоты на рубидиевой газовой ячейке традиционного типа
О. В. Березовская, А. В. Кудрявцева, 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, благодаря своим достаточно высоким точностным характеристикам, дешевизне и малым габаритам квантовые стандарты частоты на рубидиевой газовой ячейке (КСЧ РГЯ) с источником линейчатого спектра на безэлектродной спектральной лампе (БЭСЛ) 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 требует повышения характеристик входящих в них узлов. Одним из основных узлов КСЧ РГЯ является дискриминатор квантовый (ДК), в состав которого входит источник оптической накачки, обеспечивающий создание инверсной населенности сверхтонкого перехода основного состояния в атомах рубидия, находящихся в ячейке поглощения, по частоте которого происходит подстройка частоты кварцевого генератора в КСЧ РГЯ. Источник оптической накачки состоит из высокочастотного генератора, возбуждающего разряд в БЭСЛ, и изотопного фильтра, осуществляющего фильтрацию одной из сверхтонких компонент в излучении БЭСЛ.
Данная работа посвящена исследованию свойств и характеристик изотопных фильтров с целью обеспечения наилучшей фильтрации и, как следствие, повышения эффективности оптической накачки, что, в свою очередь, повысит точностные характеристики прибора.
В качестве объекта исследования был выбран изотопный фильтр, наполненный парами рубидия 85 и буферным газом аргоном, как наиболее часто употребляемый в ДК для КСЧ РГЯ. Фильтр представлял собой стеклянный цилиндрический баллон, изготовленный из стекла С51-1 (диаметром 14 мм, длиной 7 мм). Основной характеристикой фильтра является коэффициент эффективности оптической накачки (Кон), характеризующий увеличение сигнала радиооптического резонанса при установке в оптический тракт ДК изотопного фильтра. Кон определяется как отношение амплитуды первой гармоники сигнала ошибки, измеренного на выходе согласующего усилителя с фильтром и без него.
Представлены результаты полученных зависимостей указанного параметра от давления газа и температуры фильтра. Изучены возможности снижения влияния флуктуаций температуры БЭСЛ на сдвиги резонансной частоты в ячейке поглощения в зависимости от исследуемых свойств изотопного фильтра. Показано, что выбором параметров фильтра (давление, температура) можно минимизировать влияние флуктуаций температуры БЭСЛ на резонансную частоту ячейки поглощения, тем самым повысить температурную стабильность КСЧ РГЯ в целом.
Используя результаты проведенных исследований, удалось получить температурную чувствительность ДК (1·10-13 – 5·10-14) 1/°С при Кон, обеспечивающим параметр качества ДК F более15 Гц-1.