КВАНТОВЫЙ ДИСКРИМИНАТОР Советский патент 1994 года по МПК H01S1/06 

Изобретение относится к области квантовой радиофизики и может быть использовано при разработке квантовых стандартов частоты.

Целью изобретения является повышение стабильности частоты с одновременным уменьшением габаритов.

На чертеже приведено схематическое изображение устройства.

Квантовый дискриминатор состоит из расположенных друг в друге термостата 1, СВЧ-резонатора 2, фотодетектора 3, ячейки поглощения 4, ячейки фильтра 5 и источника оптической накачки 6 с электродом 7 для возбуждения ВЧ-разряда.

Излучение атомов Rb⁸⁷, возбужденных в источнике оптической накачки 6 ВЧ разрядом, пройдя через оптический фильтр 5 с парами Rb⁸⁵ и буферными газами, поглощается в ячейке поглощения 4 атомами Rb⁸⁷. При этом атомы переходят в возбужденное Р-состояние
5²S_1/2, F= 1←→ 5²P_1/2, F= 1,2
5²S_1/2, F= 1←→ 5²P_3/2, F= 0,1,2,3 В результате получается избыточная населенность уровня F= 2 основного состояния атомов 5²S_1/2 по сравнению с уровнем F= 1. Одновременно с резонансным световым облучением на атомы Rb⁸⁷, находящиеся в поглощающей ячейке 4, действует СВЧ-поле с частотой, соответствующей сверхтонкому переходу атомов Rb⁸⁷ в основном состоянии
5²S_1/2, F= 2, m_f= 0←→ 5²S_1/2, F= 1, m_f= 0 При этом происходит процесс выравнивания населенности этих уровней и ячейка поглощения 4 становится менее прозрачной. Изменение интенсивности света индицируется с помощью фотодетектора 3.

Полости ячеек квантового дискриминатора разделяются герметичными, прозрачными для света перегородками. Они могут быть выполнены в виде вложенных друг в друга торроидов, могут также составлять единый блок с расточенными полостями для ячеек дискриминатора и герметично запаянной крышкой. Последний вариант имеет преимущество с точки зрения повышения стабильности, так как в нем в 2 раза меньше число разделительных плоскостей, на которых преломляется и рассеивается свет от ячейки оптической накачки. Возможно изготовление такого блока из сапфира путем вытягивания монокристалла из раствора при помощи затравки, имеющей кольцевую форму с монолитным (замкнутым) дном. Затем приваривается крышка, образуя три герметичные концентрические полости: ячейку оптической накачки, ячейку-фильтр, рабочую ячейку поглощения.

Достоинством устройства является то, что его размеры минимальны и определяются размерами СВЧ-резонатора на типе волны H_lll. Такое расположение узлов дискриминатора оказывается возможным благодаря тому, что в центральной части резонатора СВЧ-поле минимального и, следовательно, минимально его влияние на режим работы источника оптической накачки.

В устройстве обеспечивается почти 100% -ное использование излучения источника для накачки атомов Rb⁸⁷ в ячейке поглощения, так как весь свет от источника, проходящий через образующие его цилиндрические светопроницаемые перегородки, участвует в накачке. Последнее ведет к значительному увеличению фактора качества дискриминатора и, как следствие, к увеличению стабильности выходной частоты стандарта.

Увеличение стабильности обеспечено в устройстве и оптимальными условиями взаимодействия рабочих атомов Rb⁸⁷ в ячейке поглощения с СВЧ-полем, так как ячейка поглощения в устройстве расположена в области максимального СВЧ-поля. (56) Авторское свидетельство СССР N 1025306, кл. Н 01 S 1/06, 1981.

Ионов В. Н. , Малином А. Н. СВЧ-резонатор микроэлектронного рубидиевого стандарта частоты. Электронная техника, 1977, сер. 10, в. 3, с. 69-72.

Изобретение относится к квантовой радиофизике и может быть использовано при разработке квантовых стандартов частоты. Целью изобретения является повышение стабильности частоты с одновременным уменьшением габаритов квантового дискриминатора. Квантовый дискриминатор содержит источник оптической накачки, ячейку-фильтр, ячейку поглощения, фотодетектор и термостатированный СВЧ - резонатор на типе волны H₁₁₁. Внутри СВЧ - резонатора находятся три светопроницаемые соосные герметичные цилиндрические полости, которые вложены друг в друга. Центральная полость является источником оптической накачки. Средняя полость является оптическим фильтром, а периферийная - ячейкой поглощения. В устройстве обеспечивается почти 100% -ное использование излучения источника для накачки атомов Rb₈₇ в ячейке поглощения. 1 ил.

КВАНТОВЫЙ ДИСКРИМИНАТОР, содержащий источник оптической накачки, ячейку-фильтр, ячейку поглощения, СВЧ-резонатор на типе волны Н₁₁₁, расположенный в термостате, и фотодетектор, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности частоты с одновременным уменьшением габаритов, внутри СВЧ-резонатора расположены три светопроницаемые соосные герметичные цилиндрические полости, вложенные одна в другую, причем центральная полость служит источником оптической накачки и снабжена электродом для возбуждения ВЧ-разряда, средняя служит оптическим фильтром, периферийная - ячейкой поглощения, а фотодетектор расположен по образующей цилиндра СВЧ-резонатора.