Способ измерения сдвига частоты стандарта на атомно-лучевой трубке Советский патент 1981 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к квантовой физике-радиоспектроскопии атомов в основном состоянии и может быть использовано для измерения сдвига частоты стандарта на атомно-лучевой тру ке, обусловленного расфазировкой СВЧ резонатора. Известен способ измерения сдвига частоты стандарта на атомно-лучевой трубке с двумя раздельными осциллирующими СВЧ полями и моноскоростйым пучком атомов, обусловленного расфазировкой СВЧ резонатора, основанный на методе встречных пучков и включающий изменение частоты СВЧ поля до совпадения с резонансной частотой атомного перехода моноскоростного пучка атомов, измерение разности частот стандарта и опорного генератора (йло.рт) при опт 1мальном режиме .работы стандарта, изменение параметров атомного перехода, повторное измерение разности частот стандарта и опорного генератора и л)-) и расчет 1 . Недостатком этого способа является ограниченная точность, связанная с невозможностью создания идентичных условий для распространения атом ного пучка при инверсии направления жения атомов пучка, а также больвремя измерения. Цель изобретения - повышение точти и сокращение времени измерения. Цель достигается тем, что изменяют литуду магнитной составляющей воздающего СВЧ поля и измеряют разть частот стандарта и опорного геатора (дл)-,), а расчет сдвига часстандарта (лл,) производят по муле Т 4 V J 4 -iVj, (1J (т - время пролета атома между областями осциллируквдих СВЧ полей; - - время пролета атома области осциллирующего СВЧ поля;амплитуда магнитной составляющей возбуждающего СВЧ поля; амплитуда магнитной соетавляющей возбуждающего поля СВЧ в оптимальном режиме. Способ измерения основан на установленной зависимости сдвига л )(j резонансной частоты атомного перехода от расфазировки резонатора и Ч и амплитуды Н магнитной составляющей СВЧ сигнала (-К)« ,(1) V где W - - полуширина резонансной лийии; V - скорость атомов рабочего вещества; L - длина пролетного простра .ства между областями осц .ллирующих СВЧ полей; л Ч - расфазировка резонатора U а- , СНГ CH-f--4-Tгде Т и f время пролета атомам рас стояния между областями СВЧ полей и области осциллирующего СВЧ поля со ответственно, с постоянным козффици ентом; НОР, величина амплитуды магни ной составляющей СВЧ поля. Измерение по этому способу осуще ствляют следующим образом. Устанавливают величину амплитуды магнитной составляющей СВЧ сигнала возбуяу ения Н опт по максимуму гармоники выходного сигнала атомнолучевой трубки на частоте модуляции. При этом частота СВЧ сигнала возбуждения должна быть установлена на полуширине резонансной линии атомного перехода W. Данное значени амплитуды Н QpT удовлетворяет соотно шению При этом значении амплитуды, магнитной составляющей СВЧ сигнала HQp,-r измеряют разность uVgi выходной частоты стандарта и частоты опорного генератора. Далее изменяют, например, увеличивают амплитуду магнитной составляющей Н СВЧ сигнала возбуждения до некоторо значения Н Н 0-,- и измеряют указанную разность частот л-V, отвечаю щую новому значению амплитуды.магнитной составляющей Н . По результатам измерения величин и uV при двух значениях Н и Копт амплитуды магнитной составляю щей СВЧ поля возбуждения, определяю сдвиг частоты стандарта, обусло ленный расфаз.ировкой СВЧ резонатора по формуле (1). На фиг. 1 представлена блок-схем устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - схема атомно-лучевой трубки. Устройство содержит стандарт 1 частоты, состоящий из атомно-лучево трубки 2 (АЛТ), соединенной с систе мой 3 автоподстройки частоты (АПЧ)-, подключенной ко,входу кварцевого генератора (КГ) 4, один из выходов которого подключен к счеме 5 формирования СВЧ сигнала, выход которой через аттенюатор 6 соединен со входом атомно-лучевой трубки 2, а второй выход КГ 4 соединен с блоком 7 сравнения, к которому также подключен выход опорного генератора 8. Атомно-лучевая трубка (фиг. 2) состоит из источника 9 моноскоростного пучка атомов, поступающего на детектор 10 и проходящего между магнитами 11 и 12 через область осциллирующих полей 13 и 14 СВЧ резонатора. Устройство работает следующим Образом . Сигнал кварцевого генератора 4 частотой 5 МГц поступает на схему 5 формирования СВЧ сигнала, с выхода которой модулированный СВЧ сигнал со средней частотой УСВЧ Ркг (р- коэффициент преобразования) через аттенюатор 6 поступает на АЛТ 2, сигнал с выхода которой , принимающий максимальное значение при совпадении частоты . атомного перехода, подается на систему АПЧ 3, на которую также поступает сигнал со схемы 5 с частотой модуляции. Система 3 АПЧ корректирует часто-ту КГ 4 на значение,/г -)СООТветствуквдее совпадению частоты СВЧ сигнала возбуждения c-Vpgj а томного перехода. Сигнал со второго/ выхода КГ 4, частотой ) , являющейся выходным сигналом стандарта и сигнал с опорного генератора 8 поступают на блок 7 сравнения . Применение способа позволяет повысить точность определения сдвига частоты в прЬмышленных условиях не менее, чем в 3 - б раз, в пределах погрешности 15 - 30 % при уменьшении времени и упрощении процесса измерения. Формула изобретения Способ измерения сдвига частоты стандарта на атомно-лучевой трубке, при расфазировке СВЧ резонатора, основанный на изменении частоты возбуждающего СВЧ поля до совпадения с резонансной частотой атомного перехода моноскоростного пучка атомов, измерении разности 4acTOv станда.рта и опорного генератора (AVonr ) при-оптимальном режиме работы стандарта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и сокращения времени измерений, изменяют амплитуду магнитной составляющей возбуждающего СВЧ поля и измеряют разность частот стандарта и опорного генератора ( й ) г а расчет сдвига частоты стандарта

( , ) производят по формуле

..- J

4 f

ХuV,::

-t(ОПт .4

1Т

де

время пролета атома между областями осциллирующих СВЧ полей .

г время пролета атома области осциллируюсцего СВЧ поля; Q

Ни с1мплитуда магнитной составлягацей возбуждающего СВЧ поля;

Hj,..- амплитуда магнитной составляувдей, возбуждающего СВЧ поля в оптимальном режиме.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Горлова И.П. и др. Метод встречных пучков и его использование для определения фазовых сдвигов в СВЧ резонаторах атомнс-лучевых спектроскопов.-Вопросы радиоэлектроники, сер. ОТ, вып. 7,1975, с. 98-106.

П

/3

+ U

-и