АТОМНО-ЛУЧЕВАЯ ТРУБКА Российский патент 1995 года по МПК H01S1/06 

Изобретение относится к технике квантовых стандартов частоты.

Известно, что под действием внешних магнитных полей происходит сдвиг частоты рабочего перехода атомно-лучевой трубки (АЛТ). При работе в условиях изменяющихся окружающих магнитных полей этот сдвиг эквивалентен снижению точностных характеристик квантового дискриминатора и стандарта частоты в целом.

В состав типичной конструкции АЛТ входят [1,2] источник, индикатор, СВЧ-резонатор, магнитные экраны и другие узлы. Авторы [1] разрабатывали компактную жесткую конструкцию, обладающую достаточной легкостью юстировки прибора. Однако величина магнитного сдвига частоты (МСЧ) стандарта свидетельствует о неудовлетворительной устойчивости АЛТ к воздействию внешних магнитных полей.

Наибольший магнитный сдвиг частоты в АЛТ дают поперечные внешние магнитные поля, совпадающие с направлением слабого магнитного поля подмагничивания . Очевидным путем уменьшения МСЧ в этом случае является увеличение числа магнитных экранов. Однако увеличение числа магнитных экранов приводит к значительному ухудшению массогабаритных характеристик АЛТ. Так, введение внешнего четвертого экрана в АЛТ [2] снизило бы МСЧ с 20х10^-13 1/э до 5х10^-13 1/э, но увеличило бы массу прибора с 8 до 12 кг. Ввести же четвертый экран во внутреннюю область весьма затруднительно, поскольку при этом неизбежно потребуется дорогостоящая и трудоемкая переработка конструкции узла торцовой магнитной защиты с целью сохранения метрологических характеристик АЛТ.

Целью изобретения является повышение стабильности частоты АЛТ путем уменьшения магнитного сдвига частоты.

Цель достигается тем, что в атомно-лучевой трубке на пучке атомов цезия или рубидия, содержащей систему магнитной защиты из по крайней мере двух внутренних магнитных экранов, разрезанных на две половины по образующим, первый и второй цилиндрические магнитные экраны устанавливаются так, что их плоскости разреза по образующим ориентированы взаимно перпендикулярно.

Коэффициент экранирования К_э внешнего магнитного поля Н разрезного цилиндрического экрана существенно зависит от угла α между направлением внешнего магнитного поля и плоскостью продольного разреза. Максимальный коэффициент экранирования наблюдается при α = 0^о, 180^о; минимальный - при α = 90^о (270^о), отношение этих коэффициентов может достигать, например, нескольких единиц для экранов из пермаллоя 81НМА диаметром 80 мм и толщиной 1 мм.

Система из двух цилиндрических экранов, в которых плоскости продольного разреза ориентированы взаимно перпендикулярно, позволяет практически полностью устранить зависимость коэффициента магнитного экранирования от угла α . В этом случае коэффициент экранирования системы К_с максимален и незначительно меньше произведения коэффициентов экранирования одиночных экранов: К_с ≈ К_э1 х К_э2.

На чертеже изображена конструкция АЛТ.

Вакуумированная часть АЛТ содержит источник 1 пучка атомов, СВЧ-резонатор 2, индикатор 3, сортирующие зазоры 4. Область взаимодействия атомов с СВЧ-полем и внутренний соленоид Н_с защищены от воздействия внешних магнитных полей системой магнитных экранов, состоящей из трех цилиндрических экранов 5-7, закрытых на торцах фланцами. Цилиндрические экраны выполнены из высококачественного магнитомягкого сплава 81 НМА, фланцы торцовых экранов - из пермаллоя 79 НМ.

Испытание АЛТ показало наличие четырехкратного выигрыша в МСЧ, что обеспечило повышение точности поддержания частоты в бортовых стандартах, работающих в условиях изменяющейся внешней магнитной обстановки.

Более того, использование изобретения позволяет снизить массу системы магнитных экранов при незначительном увеличении МСЧ.

Использование: изобретение относится к технике квантовых стандартов частоты. Сущность изобретения: в атомно-лучевой трубке внутренние первый и второй цилиндрические экраны устанавливаются так, что их плоскости продольного разреза ориентируются взаимно перпендикулярно. 1 ил.

АТОМНО-ЛУЧЕВАЯ ТРУБКА на пучке атомов цезия или рубидия, включающая систему магнитной защиты из по крайней мере двух внутренних цилиндрических магнитных экранов, разрезанных на две половины по образующим, отличающаяся тем, что, с целью повышения стабильности частоты путем уменьшения магнитного сдвига частоты, первый и второй цилиндрические магнитные экраны установлены так, что их плоскости разреза по образующим ориентированы взаимно перпендикулярно.