Результаты экспериментальных исследований макета малогабаритного квантового стандарта частоты с импульсной лазерной накачкой

Современные требования к системам координатно-временного обеспечения предполагают использование стандартов частоты с предельно высокими точностными характеристиками. При этом традиционные квантовые стандарты частоты (КСЧ) практически достигли своих теоретических пределов. Для дальнейшего повышения метрологических характеристик необходимо внедрение новых передовых технологий. Именно применение лазерных технологий позволит раскрыть весь потенциал квантовых стандартов частоты как для космического, так и наземного применения.

В докладе представлены результаты экспериментальных исследований макета квантового стандарта частоты на рубидиевой газовой ячейке с импульсной лазерной накачкой.

В рамках данных работ решены следующие научно-прикладные задачи:

• исследованы зависимости сдвига оптического перехода от давления и состава буферного газа в газовой ячейке;
• создан и исследован СВЧ-резонатор магнетронного типа, обеспечивающий высокую степень ориентированности магнитной составляющей СВЧ-поля в объеме ГЯ;
• разработана и исследована оптическая схема квантового дискриминатора;
• проведены исследования сдвига частоты, обусловленные барометрическим эффектом;
• определены необходимые технические характеристики лазерных излучателей для КСЧ-РГЯ-ИЛН;
• создан и исследован модуль суб-Доплеровской спектроскопии для стабилизации частоты лазерного излучения;
• разработан уникальный термостатирующий модуль с точностью поддержания t < 0.001°C, позволяющий устанавливать различные типы лазерных излучателей;
• разработана и реализована программно-аппаратная система стабилизации мощности лазерного излучения, позволяющая снизить влияние светового сдвига более чем на 3 порядка;
• реализован алгоритм автоматического поиска оптического перехода линии D2 87Rb с последующим переходом в режим стабилизации частоты излучения лазера.

Основные полученные характеристики макета КСЧ:

• масса: не более 12 кг;
• СКОДО при t_и = 1с составляет 6.0 ∙ 10 ^-13 / \( \sqrt{\tau} \) ;
• ТКЧ не более 1.8 ∙ 10^-14 1/ºС;
• потребляемая мощность не более 55 Вт.

Стоит подчеркнуть, что в АО «Обуховский завод» разработан, изготовлен и испытан макет КСЧ в виде законченного изделия, а не физический блок. Полученные значения точностных характеристик при указанных массо-габаритных параметрах макета показывают, что результаты выполнения работы можно сравнить с достижениями мировых научных сообществ. Представлены перспективы создания КСЧ нового типа в Российской Федерации, характеристики которых могут в полной мере соответствовать растущим требованиям как гражданского, так и военного потребителя.