Способ настройки частоты резонатора водородного генератора Советский патент 1976 года по МПК H01S1/06 

тудному критерию 3. Для его осуществления модулируют собственную частоту резонатора симметричными, например, прямоугольными импульсами, что приводит к амплитудной модуляции сигнала водородного генератора с частотой первой гармоники модуляции в том случае, если резонатор расстроен относительно вершины линии излучения. Частоту резонатора лри этом стабилизируют относительно того значения, при котором отсутствует амплитудная модуляция сигнала водородного генератора с частотой модуляции собственной частоты резонатора. Недостатком этого способа настройки является зависимость частоты водородного генератора от ширины линии излучения, обусловленная спин-обменными соударениями атомов в накопительной колбе. Сдвиг частоты генерации от значения частоты перехода, невозмущенного спин-обменными соударениями, зависит от интенсивности пучка атомов водорода, неоднородности магнитного поля и других факторов, влияющих на ширину линии излучения. Теоретически сдвиг частоты из-за спин-обмепных соударений атомов определяется соотношениемл, -с.ц-(Лл. С - некоторый коэффициент, типичное 30 значение которого - глубина частотной модуляции резонатора;QP - добротность резонатора; 2бл - ширина линии излучения атомов 35 водорода. Эта зависимость приводит к нестабильности частоты водородного генератора, которая в отдельных случаях достигает (1-нЗ)-10-12 g относительном выражении. Целью изобретения является повышение стабильности частоты водородного генератора при автоматической стабилизации резонатора по амплитудному критерию за счет устранения 45 зависимости частоты генерации от ширины липии излучения. Поставленная цель достигается тем, что вводят в такт с модуляцией частоты модуляцию добротности резонатора сигналом, величину и полярность которого устанавливают по признаку минимальной зависимости частоты генерации от ширины линии излучения. Модулировать ширину линии излучения можно любым известным способом, например, 55 изменением интенсивности пучка. При этом сдвиг частоты линии излучения, вызванный спин-обменным взаимодействием атомов, смещает частоту генератора, резонатор которого настроен по амплитудному критерию. Предлагается в такт с частотной модуляцией ввести модуляцию добротности резонатора (AQp), которая при автоматической настройке резонатора по амплитудному критерию смещает частоту, резонатора в сторону того склона ча5060 65 стотной характеристики, на котором добротность в результате модуляции оказывается больше. Величина этого сдвига зависит от глубины модуляции добротности резонатора, глубины частотной модуляции, ширины линии излучения атомов и определяется соотношением:AQp 5, А /О /в /вг - номинальное значение частоты водородного генератора; AQp - относительная величина глубины модуляции добротности резонатора;2-бл - ширина линии излучения; Дшм - глубина расстройки резонатора. Глубину модуляции добротности резонаторапредлагается эпизодически корректи Рровать к тому значению, при котором изменевне сдвига частоты A/s, обусловленное спинобменными соударениями атомов, будет скомпенсировано изменением частоты генерации при модуляции добротности резонатора, что соответствует условию A/Q-fA/s 0. В предложенном способе настройки в отличие от известного способа автоматической настройки по амплитудному критерию, значение частоты генерации не зависит от факторов, вызывающих изменение ширины линии излучения. На чертеже приведена функциональная схема системы автоматической настройки резонатора водородного генератора по амплитудному критерию с использованием предлагаемого способа настройки. Схема работает следующим образом. Модуляция собственной частоты резонатора 1 водородного генератора производится путем подачи специально сформированного сигнала, например симметричных прямоугольных импульсов, с генератора модулирующих импульсов 2 на управляемый реактивный элемент 3, в качестве которого может быть использован варикап или переключающий диод, связанный с резонатором при помощи петли связи. Сигнал водородного генератора после усиления и преобразования в приемнике-преобразователе 4 подается на амплитудный детектор 5, на котором выделяется огибающая амплитудной модуляции сигнала. Амплитуда низкочастотного сигнала на выходе амплитудного детектора 5 зависит от величины расстройки резонатора относительно вершины линии излучения, а сдвиг фаз относительно модулирующего - от знака расстройки. Низкочастотный сигнал с выхода селективного усилителя 6 поступает на схему управления 7 реверсивным двигателем 8, связанным с элементом перестройки резонатора 9, например, диэлектрическим штырем,

вводимым в резонатор. Таким образом, система регулкропания автоматически подстраивает частоту резонатора к тому среднему значению, при котором отсутствует амплитудная модуляция сигнала водородного генератора с частотой первой гармоники модулирующего сигнала.

Модуляция добротности резонатора производится путем подачи модулирующих импульсов с выхода генератора 2 через схему корректировки глубины модуляции 10 на управляемое активное сопротивление И, например полупроводниковый диод, связанный с резонатором посредством петли связи.

Модуляция ширины линии излучения (бл) производится изменением интенсивности пучка атомов водорода 12 при помощи специального модулятора 13. Период модуляции ширины линии излучения выбирается много большим времени установления в системе автоматической подстройки резонатора. Вариации частоты генерации, сопровождающие модуляцию ширины линии излучения, измеряются специальным сличительным устройством 14 при сличении частоты стабилизируемого генератора и вспомогательного опорного генератора 15.

Предложенный способ настройки резонатора водородного генератора включает следующие операции: модуляцию частоты резонатора симметричными, например, прямоугольными импульсами; модуляцию добротности резонатора симметричными, например прямоугольными импульсами; автоматическую стабилизацию частоты резонатора по амплитудному критерию; включение модуляции ширины линии излучения; измерение девиации частоты водородного генератора в такт с модуляцией ширины линии излучения; корректировку глубины модуляции добротности установку такого значения глубины модуляции, при котором девиация частоты минимальна; прекращение модуляции ширины линии излучения и переход на автономный режим работы с автоподстройкой по амплитудному критерию.

Использование предложенного способа настройки частоты резонатора водородного генератора обеспечивает по сравнению с известными способами следующие преимущества:

позволяет значительно повысить долговременную стабильность частоты водородного генератора на интервалах времени, ограниченных только ресурсом работы устройства; использовать водородные генераторы в качестве хранителей времени в режиме непрерывной работы; удешевить конструкцию водородного генератора за счет упрощения узлов, обеспечивающих стабилизацию его частоты.

Введение предложенного способа настройки позволило уменьшить средпеквадратическое относительное суточное отклонение выходной частоты квантовой меры на водородном генераторе от среднего за месяц с () 10 до

()-10-.

Частота генератора в течение шести месяцев не корректировалась и за это время дрейф частот с погрешностью в относительном выражении обнаружен не был. Среднеквадратическая вариация частоты выходного сигнала 2 МГц квантовой меры частоты составила 3-10- при времени измерения 10 с; МО- за 100 с и более. Водородные генераторы с использованием

предложенного способа настройки могут найти применение в качестве источников сигналов с высокой долговременной стабильностью в составе эталонов времени и частоты, в навигационных системах.

Формула изобретения

Способ настройки частоты резонатора водородного генератора, заключающийся в модуляции собственной частоты резонатора симметричными, например, прямоугольными импульсами и в автоматической стабилизации ее среднего значения, при котором отсутствует амплитудная модуляция выходного сигнала генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности частоты генератора, вводят в такт с модуляцией частоты модуляцию добротности резонатора сигналом, величину и полярность которого устанавливают по признаку минимальной зависимости частоты генерации от ширины линии излучения.