Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Стандарты частоты в СВЧ и оптическом диапазонах 11
1.1 СВЧ стандарты частоты 11
1.2 Стабилизация по нелинейным оптическим резонансам 20
1.3 Стандарты на ионах металлов 21
1.4 Стандарты частоты на основе оптических решеток 28
ГЛАВА 2 Перекачка атомов стронция из темных состояний 36
2.1 Триплетная перекачка 37
2.2 Синглетная перекачка 40
2.3 Экспериментальные результаты и их сравнение с расчетными данными 49
ГЛАВА 3 Глубокие оптические решетки 55
3.1 Физические принципы удержания нейтральных атомов в поле стоячей волны 55
3.2 Основные достоинства глубоких оптических решеток 62
3.3 Схема формирования глубоких оптических решеток 66
ГЛАВА 4 Стронциевые стандарты частоты 69
4.1 Схема стронциевого стандарта частоты и принцип его работы 69
4.2 Основные сдвиги оптического резонанса на часовом переходе стронция 73
4.3 Измерение стабильности 91
Заключение
- Стабилизация по нелинейным оптическим резонансам
- Синглетная перекачка
- Основные достоинства глубоких оптических решеток
- Основные сдвиги оптического резонанса на часовом переходе стронция
Стабилизация по нелинейным оптическим резонансам
Более чем полвека назад Рамси с коллегами создал первый водородный мазер. В СССР данные исследования начались в 1960ж годах 20 века [3]. Эти устройства широко распространены в различных областях науки и промышленности, таких как метрология, спутниковые приложения, системы хранения времени, тактовые генераторы для атомных фонтанов и оптических часов. Из-за простоты энергетической структуры водородный мазер может быть реализован в относительно простой конфигурации, которая показана на рисунке 1.1
Конструкция состоит из источника молекулярного водорода, Pd ячейки с байпасной линией и охлаждением, диссоциатора с ВЧ-зоной взаимодействия, магнитом для селекции состояний и защищенного щитом, сверх-высокодобротного резонатора с малым магнитным полем 0.1 //Г. В резонаторе используется ТЕоп мода с хорошей однородностью вдоль оси атомного пучка.
В водородном мазере используются F=l,niF=0-F=0,niF=0 уровни. Другие состояния водородных атомов отсортировываются специальным 4-6 полюсным магнитом, расположенным до вакуумной колбы внутри высокочастотного (ВЧ) резонатора, где происходит генерация. Атомарный водород получается при действии ВЧ разряда на молекулярный водород в промежуточной колбе после истечения из горячей палладиевой ячейки. ВЧ резонатор экранирован металлическим щитом с высокой магнитной проницаемостью {р, «100000). Мощность мазера обычно находится на уровне Р«0.4-0.5 pW с добротностью спектральной линии (Qa) «1.5-109.
Пассивный мазер Эта модификация не может генерировать сигнал сама. Малый размер конструкции приводит к уменьшению добротности резонатора и, как результат, невозможности генерации. Но остается возможность использовать мазер как фильтр [3], [5].
Если перейти к рассмотрению атомной структуры самого водорода и особенностей его спектральных линий, то нужно перейти к рассмотрению его структуры с главной линией 1S-2S двухфотонного перехода (показана на рисунке 1.2) [4]. 2S состояние может распасться только через двухфотонный переход с шириной линии А=т —=1.3 Гц. Оптическая длина волны этого пе-рехода 2466061413187103(46) Гц [6] с добротностью Q= =51014. Данные, которые касаются водородного стандарта, собраны в таблице 1.1. Вместе с водородными мазерами очень часто используются такие источники относительно стабильного безреперного излучения как кристаллические осцилляторы(КО). Данный вид осцилляторов обладает очень хорошей кратковременной стабильностью. Кристаллические осцилляторы могут поддерживать /І-ВОЛНОВЬІЙ режим генерации на уровне «12 ГГц и достигать упомянутой нестабильности лучше, чем 10 15 [7], [8]. Кристаллы по сути являются узкополосными фильтрами, которые могут фильтровать сигнал на частоте, например, 11.932 ГГц для реализации генератора, описанного в [9]. Эти осцилляторы имеют очень высокий показатель добротности Q«109 на этой частоте. Сапфировые сердечники имеют кратковременную стабильность на уровне 210 17@1 сек и 510 16@20 сек. В некоторых системах измерений КО связан с водородным мазером сложной системой обратной связи. Рабочая температура сапфирового осциллятора находится в районе температуры паров жидкого гелия «4-6К. Для КО есть две магические температуры нулевого смещения 6К и «10К, при которых дрейф частоты минимален. Типичное изображение КО показано на рисунке 1.3. На части а), приведено прощенное представление устройства основанного на кристалле кварца. Оно состоит из кварцевой пластинки с двумя слоями металлизации, которые припаяны к двум электрическим контактам. Эти контакты держат кристалл под крышкой в вакууме [10]. На части б). На фото представлена основная часть криогенного осциллятора. Форма сапфира напоминает «пробку от бутылки». Основное свойство этого генератора - поддержка режима «шепчущей галлереи» [7], который показан на иллюстрации поверхности «пробки» красными и синими эллипсами. Этот кристалл размещается внутри специального /І-ВОЛНОВОГО криогенного (6К) резонаторас двумя вводами. Эти вводы подключаются к электронике для получения частоты генерации 11.932 ГГц, которая трансформируется в системе сравения оптических часов и фонтанов в 11.98 ГГц [9].
Синглетная перекачка
Если имеет место взаимодействие двух атомов, один из которых находится в возбужденном состоянии. Радиационный выход атома может произойти, когда атом ускоряется в потенциале, созданном другим атомом. Кинетическая энергия атома может увеличиться до энергии, достаточной для выхода из ловушки (рисунок 2.3). Потери также возможны, когда атом изменяет свое состояние вследствие столкновений с другими атомами, разделяя энергию с атомами, участвующими в процессе столкновения. Для того, чтобы ограничить столкновительные потери («two-body losses»), нужно уменьшить интенсивность рассеяния и тем самым ограничить населенность в возбужденном состоянии. Различные типы загрузки МОЛ можно описать экспоненциальными функциями: для светоассоциированных потерь кривая загрузки начинает насыщаться по закону N(t) = No (1-е"); насыщение достигается, когда скорость загрузки и потери становятся равными. В случает столкновительных потерь кривая заполнения менее резкая, и с большим временем загрузки. Если загрузка будет выключена, распад МОЛ будет экспоненциальным при условии незначительности столкновительных потерь. Процесс загрузки МОЛ - это процесс, который обеспечивает получение облака сравнительно медленно движущихся атомов. Реальную скорость атомов после преобразования оценивается как vsr у дГд где к в - постоянная Больцмана, Msr - атомная масса Sr, Тр - Доплеровский предел температуры. Для случая облака стронциевых атомов и ftg = 1.38 10 23 (Дж/К), TD = - 0.8 (мК) и MSr = 1.45-1(Г25(кг) значение скорости « 0.3(м/с) [93]. Критическое значение скорости атомов, после которого возможен процесс захвата атомов, - ГА/27Г, где Г - естественная ширина линии (« 32МГц) охлаждающего перехода и А - его длина волны (« 461нм). Это значение - vmax «3 (м/с), что намного меньше, чем тепловая скорость атомов при комнатной температуре (« 200 м/с). ГА/27Г - это значение, когда Доплеровский сдвиг равен естественной ширине линии.
МОЛ не может накапливать атомы бесконечно. К механизмам потерь в МОЛ можно отнести: столкновения с остаточными газами; столкновения, сопровождающие фоновую засветку; и потери из-за оптической накачки. Эти механизмы могут изменять процесс образования МОЛ, делая его медленнее и ограничивая накопление большого числа атомов вообще. Потери атомов из МОЛ в течение столкновений с остаточными газами пропорциональны числу атомов, N [94], [78], в ловушке. В присутствии светового поля атомы начинают переходить в возбужденное состояние. В возбужденном состоянии они будут обладать дипольным моментом. Это дипольный момент будет индуцировать дипольный момент в соседнем атоме в основном состоянии,что приведет к притяжению между двумя атомами. При перемещении атомов под этим потенциалом скорость атомов может возрасти до vmax «3 м/с, и они могут покинут МОЛ. Число атомов в ловушке зависит от давления, диаметра лазерного луча, мощности и частоты. Важно сказать, что существуют два типа фоновых газов: слишком «горячие» атомы Sr, которые летят из атомной печки, и остаточные газы в вакуумной камере, типа водяных паров, остаточного воздуха и т.д. Увеличение давления также приводит к увеличению столкновительных потерь в ловушке.
Основной принцип процесса перекачки - это перенаправление всех возможных утечек, которые приводят к выпадению атомов из цикла охлаждения через соседние, неохлаждающие уровни. Цикл процесса охлаждения - загрузка атомов в «синюю» МОЛ. Некоторые атомы попадают в состояние lD2. Из этого состояния атомы переходят на уровни (5s5p)3Pi и (5s4d)3P2 в отношении 1 : 2. Атомы, которые попадают в 3Pi, могут перейти в основное состояние :So со скоростью Г = 5 104 s_1 и участвовать в охлаждении (для 87Sr). Но атомы, которые попадают в 3Р2 состояние, выпадают из цикла образования МОЛ. И здесь существует возможность осветить МОЛ излучением, резонансным переходу (5s6s)3Si - (5s5p)3P2. После действия этого лазера атомы через (5s6s)3Si попадают в (5s6s)3Po и (5s5p)3Pi в отношении Г3ро : ГЗРІ=1:3. К сожалению, из состояния 3Si атомы могут попасть в состояние 3Ро. Это ведет к необходимости использования света, резонансного переходу 3Ро - 3Si, что ведет к переводу атомов в процесс охлаждения МОЛ. Таким образом, 707 и 679 нм лазеры являются необходимыми для контроля атомов МОЛ и зондирования населенности 3Р2. Дополнительный лазер 688 нм, который соединяет уровни 3Pi и 3Si, даёт возможность контроля над всеми уровнями 3Pj. Из теоретических расчетов использование только 707 нм лазера приводит к увеличению числа атомов в МОЛ в «3-5 раз; использование комбинации 707+679 нм лазера может увеличить число атомов в «6-10 раз. Как будет показано далее, есть возможность перекачивать атомы из состояния 3Р2, не влияя на 3Ро через (5s5d)3D2. Длина волны соответствует переходу (5s5p)3P2-(5s5d)3D2 и равна 496.79 нм (levels Ng-Nn на рисунке 2.1).
Для этой альтернативной схемы увеличения числа атомов в МОЛ мы последовательно провели эксперименты для того, чтобы перехватить атомы в 1Т)2 освещением МОЛ излучением (5s4d)1D2 — ( (5s6p)1Pi, (5s7p)1Pi, {5s\2\))li). Часть или полное число атомов посылается в один из высших энергетических уровней группы :Pi и после этого переходит из :Pi прямо на основной уровень о, или через (6s)1 So на (5р):Рі в случае 716.72 нм (далее для простоты и краткости 717 нм) лазера. Для реализации эксперимента со стронциевыми атомами мы использовали несколько уровней. На рисунке 2.1 можно увидеть эти уровни, обозначенные стрелками, и обозначения энергии уровней с скоростями переходов. Каждый уровень для простоты обозначен символами Ni, N2,...Например, переход (Ss So - (SsSp)1?! - это переход Ni — N2. Для теоретического исследования поведения населенностей, нам необходимо объединить все параметры в одну систему уравнений, учитывающую время жизни уровней, скорость загрузки, потери и т.д. По этой причине мы использовали метод создания систем скоростных уравнений. Пример системы уравнений, соответствующей рисунку 2.1, показан в системе АЛ для частного случая, когда атомы захватываются в 461 нм Sr МОЛ. В данной системе R -эффективная скорость загрузки R оценивалась теоретически и была на уровне 1-Ю8 (ат/с). Реальное значение может быть улучшено оптимизацией отстройки луча замедлителя Зеемана, юстировкой и оптимизацией интенсивности этого луча. А - число атомов в і-ом состоянии и Г - скорость спонтанного распада между уровнями і и j [89], [95]. Ly(A, / ) - параметр стимулированной скорости перехода [90]. где Ау - отсройка лазера от частоты перехода для каждого лазера в эксперименте.
В соответствии с теорией столкновений можно внедрить коэффициент потерь /3 в систему АЛ с учетом 2.1. Данный коэффициент описывает степень потерь атомов из МОЛ за счет столкновений между частицами и их потерю из МОЛ. После внедрения коэффициента столкновительных потерь («two-body losses coefficient») для уровня (5s5p) Pi мы получаем систему уравнений А.2. В данном случае нужно отметить, что другие потери, вызванные, например, другими уровнями, не принимаются во внимание. Но для обычной МОЛ, потери /3 были « 10 12 м3/с при объеме потерь МОЛ диаметром « 1 мм. Если мы возьмем элементы из системы уравнений АЛ, соответствующие только простейшей МОЛ без лазеров перекачки, мы получим очень простую систему скоростных уравнений, описывающую поведение МОЛ (выражения А.З). Для того, чтобы сравнить результаты обычной МОЛ с МОЛ в присутствии лазера перекачки запишем соответствующую систему уравнений. Мы можем извлечь соответствующие элементы из системы выражения АЛ. После этих преобразований получается система, описывающая поведение МОЛ с одним лазером перекачки, выражения А.4. На рисунке 2.5 и 2.4 показаны расчеты популяции уровней МОЛ. Система рассчитывалась для двух коэффициентов потерь /3=1.0 10 12(м3/с) и /3=1.0 10 12(м3/с) населенностей верхнего уровня МОЛ. Все расчеты были произведены в допущении, что интенсивность лазеров больше, чем интенсивность насыщения переходов. Данные показывают сравнение числа атомов МОЛ в присутствии 461 нм (5s21So-5s5p1Pi) + 407 нм (5s4d1D2-5sl2p1Pi) (черная пунктирная линия) с дополнительным лазером перекачки (черная непрерывная линия), как функции времени. Относительно малый эффект от лазеров перекачки на высшие уровни :Pi группы был неожиданней в данном эксперименте. Улучшение числа атомов с дополнительным лазером перекачки составило «1,8-2,0 раза.
Основные достоинства глубоких оптических решеток
Еще один сдвиг оптического резонанса - столкновительный сдвиг, который оценивается как 0.5-10 16 [2], [68]. Этот сдвиг зависит от плотности атомов в решетке [116]. Температуры ограниченных атомов вдоль решетки « 120кГц («4/Ж), а в ортогональных направлениях «250 Гц («15/ІК). ПЛОТНОСТЬ частиц вдоль зоны захвата оптической решетки р «1.4109ст 3. Приблизительно 5000-5500 ячеек заполнены атомами со средним их значением Nsite «1.9-2.0 [68] на ячейку. Для определения столкновительного сдвига используется последовательное изменение количества захваченных атомов.
Фермионы имеют антисимметричные волновые функции, при которых атомы не могут сталкиваться. Поведение бозонов намного проще, поскольку теория не запрещает столкновения между бозонами. Для получения разумных значений столкновительного сдвига в Sr часах с оптической решеткой используется низкая плотность атомного облака. Рэлеевская длина ID оптической решетки часов «4 см. В этой конфигурации фермионы почти свободны от столкновений. При сравнении стронциевых оптических часов используют заполнение решетки прямо из МОЛ в обход дополнительного охлаждения в красной МОЛ. Размер МОЛ-облака, работающего на переходе о и :Рь составляет 7=700/ІМ. На рисунке 4.6 показаны измерения сдвига «5.0-10 17. Эффект предполагается ниже 10 17. Но, например в ЛЬА не было обнаружено нкакого сдвига вплоть до уровня 1.7 Ю-17 в 2Б-оптической решетке. Данное значение было получено при очень низком числе атомов 1000-2000 [116].
Это эффект сдвига часового резонанса. Этот сдвиг вызывается неидеальной реализацией физического инструментария, методов и алгоритмов при получении часового резонанса. Затягивание резонанса может возникать от остаточных слабых процессов внутри потенциала решетки в течение дости 82 жения узкополосности Допплеровской линии (слабое разрешение боковых полос). Способ уменьшить данное затягивание - уменьшить влияние боковых полос, которое возможно только при сильном взаимодействии в глубокой решетке. Также он может возникать из неидеального вовлечения ансамбля атомов в перемешивание сверхтонких состояний.
И хотя этот сдвиг очень мал, в современном представлении оптических часов уже необходимо учитывать. Затягивание оценивается для обоих часов по отдельности, и вносит непределеность 4.7-10 17.
В соответствии с теорией, относительный сдвиг Доплера происходит от неоднородности распределения, например, оптической волны в пространстве [105], [117]. В частности, этот сдвиг может быть вызван неоднородностью оптического фронта взаимодействия с атомами в атомном облаке или пучке. Изменение частоты в данном эффекте может быть описано простым выражением 4.7. Это выражение описывает полный сдвиг Доплера в системе оптическая волна - атомы. это угол между двумя точками волнового фронта пучка, соответствующего окружающим атомам.
Для уменьшения сдвигов Доплера нужно уменьшить скорость атомов. Мы знаем, что скорость атомов в атомном облаке относительно мала (меньше 0.1-0.2 м/с). Так что мы можем записать разложение выражением 4.7.
Первое слагаемое в выражении 4.8 - сдвиг Доплера 1-порядка. Хотя этот сдвиг достаточно большой, он может быть устранен сильным ограничением движения атомов внутри периодического потенциала оптической решетки, описываемом выражением 4.9. В этих условиях ограничение свободного перемещения - ограничивается величиной полуволны оптической решетки (для стронциевого стандарта - 813 нм /2 ), т.е. средняя амплитуда осцилляции атома становится меньше длины волны часового лазера [4]. Этот эффект и его влияние на спектр движущегося атома был исследован в работе [19].
Заряд на зеркалах резонатора. При сравнении часов был обнаружен специфических сдвиг [118]. Это было первым наблюдением данного эффекта в фермионных оптических часах. Разница частот Sr-часов возросла до 10 13. Это значение стало неожиданно высоким по сравнению, с обычным 10 16. Сдвиг был вызван зарядами, которые были накоплены в течение сборки вакуумной камеры и медленно разряжались с момента сборки камеры на диэлектрических зеркалах резонатора решетки. Это одна из версий Штарковско-го сдвига, когда зона атомов размещается внутри случайно образовавшегося конденсатора. В наших Sr часах сдвиг был идентифицирован и устранен. Известно, что этот сдвиг оценивается как bv = —\Ьа(ЬЕ)2, где Ьа - разница поляризуемостей уровней :So и 3Ро, ЬЕ - норма электрического поля, создаваемого зарядами зеркал. Причина, которая приводит к такому заряду зеркала до конца не ясна, но часы показывали все свойства помещения электрического поля рядом с зоной захвата атомов. Для борьбы с этим явлением использовался метод известный из области детекторов гравитации [119]. В этой статье использовалось облучение УФ диодом со спектром излучения от 240 до 330 нм гравитационного маятника для положительного его заряжения; а для отрицательного заряжения - электронная пушка.
В эксперименте УФ диод облучал заряженные зеркала резонатора, что приводило к извлечению зарядов эмиссионным эффектом в течение первых « 45 минут работы часов. Максимум спектра диода имел пик в диапазоне 360-365 нм и облучал зеркала резонатора через большие боковые окна камеры. Длительность каждого импульса была «30 сек. Мы смогли уменьшить этот DC сдвиг Штарка до уровня 10 15. Более длительное воздействие УФ-света привело к разнице часов на уровне 10 16. На рисунке 4.7 видно, как изменяется сдвиг между часами и зависимость разницы часов от УФ-излучения.
После предварительного исследования в часы было специально внедрено дополнительное электрическое поле, которое было помещено около зоны взаимодействия, но за пределами камеры. На электроды подавали 1 кВ напряжения, которого было достаточно, чтобы возник сдвиг в 26 Гц (— = 6-Ю-14). Основой эксперимента являлась проверка постоянства частотного сдвига после изменения полярности приложенного электрического поля. На рисунке 4.8 показана примерная характеристика DC сдвига Штарка от приложенного электрического поля. Остаточный систематический сдвиг оценивался следующим выражением:
Один из способов снижения поверхностного заряда - это использование металлического экрана. И хотя это экранирование все еще не используется, оно могло бы помочь устранить данный сдвиг. После эксперимента было проведено моделирование с использованием метода конечных элементов для различных толщин и длин заземленных экранов. Была также сделана грубая оценка штарковского сдвига. Моделирование показало, что достаточно экранировать поверхность зеркала крышкой с внутренним отверстием в 4 мм и 4-мя мм толщины для достижения точности штарковского сдвига на уровне ниже 10 19 [118]. Можно заключить, что появилась еще одна причина использования УФ облучения.
«Фон» оптического усилителя. После замены оптического усилителя была обнаружена разница частот часов на уровне 0,5 Гц. Оба резонатора оптических часов состоят из общего ведущего лазера, оптических усилителей и электроуправляемой волновой пластинки, но имеют различия в системах синхронизации. Излучение ведущего лазера разделяется и направляется в цепь оптический усилитель - электрические волновые пластинки - оптоволокно -резонаторы оптических решеток. Глубина оптической ловушки контролируется током оптического усилителя. Электро-управляемая волновая пластинка используется для контроля формы импульса оптического усилителя. Обнаруженный в данной схеме сдвиг держался на уровне 10 15 вместо 10 16 (рисунок 4.1). Особенностью конструкции часов является общий лазер на магическую длину волны 813 нм (с высокочастотной цепью обратной связи Паунд-Древер-Холла). Излучение от этого лазера разделяется и проходит через системы ведомых лазеров и оптических усилителей.
Основные сдвиги оптического резонанса на часовом переходе стронция
Часовой лазер. Еще одна ключевая компонента любых оптических часов - это часовой лазер, который имеет очень узкую ширину линии. Этот лазер имеет специфические параметры мощности оптического излучения (несколько сотен микроВатт), высокой стабильности и спектральной чистоты (паразитное отражение, нестабильность интенсивности и т.д.). Для 87Sr используется лазер с длиной волны Л=698 нм. Эта длина волны соответствует интеркомбинационной линии :So - 3Ро, которая имеет ширину Г = 27Г 1 мГц. Этот переход показан на рисунке 2.1.
Для того, чтобы получить очень узкий оптический резонанс, и для того, чтобы уменьшить негативные эффекты, связанные с влиянием мощности излучения, используются два сверхвысокодобротных резонатора (см. рисунок В.З). Первый из них помещен в металлический корпус на самовыравнивающуюся платформу вместе с ведущим часовым лазером. Резонатор Фабри-Перо первой ступени стабилизации Паунда-Древера-Холла этого лазера имеет добротность F=25000. Излучение от этой ступени стабилизации подается оптоволокном на фазокомпенсированный распределитель, а фазовые возмущения подавляются двухпроходной системой стабилизации (double-pass with АОМ). Высокодобротный резонатор - это резонатор Фабри-Перо, сделанный из стекла с малым коэффициентом расширения ТКР (К8) L=10 см и вакуумной изоляцией. Внешний щит - это алюминиевый кожух с ПИД-регуляцией температуры. Параметры резонатора: AVFSR = = 1-5 ГГц с шириной bv = A SR = 60 кГц.
Ведущий лазер сделан по схеме с интерференционным фильтром (FWHM=0.2 нм) с дополнительной линзой компенсации «кошачьего глаза». Обе части охватываются Паунд-Древер-Халл цепью обратной связи. Особенностью первой обратной связи является дополнительная, очень быстрая, цепь токовой компенсации, которая включена в последовательность коррекции (обратной связи) длины волны часового лазера (на рисунке В.З). Для этой схемы важно отметить: быстрая система коррекции тока лазера, обычная система коррекции и коррекция длины волны через пьезокерамику Каждая высокодобротная система имеет ПИД-регуляторы температуры для лазеров и для резонаторов. Лазеры с внешним резонатором имеют компенсирующие астигматизм типа «кошачий глаз» линзы. Изменяемая ширина полосы фильтра коррекции тока инжекции 0.15-5 кГц (усиление:(-18)-(+3.6) дБ) и коррекции пьезокера-мики 1.5-60 Гц (усиление:(-18)-(+3.6) дБ). Первый быстрый фильтр имеет полосу «0.5-2.5 кГц (усиление:(+11)-(-18) дБ) (подобные значения подстройки имеет обратная связь магической длины волны). Этот фильтр имеет пассивную ПД-коррекцию с усилением «-20 дБ и фазовую задержку на 5 кГц в 0.2. Данная конструкция была дополнена микроконтроллерной системой автовосстановления. Эта система позволяет устанавливать систему обратной связи в резонанс. Что позволяет отслеживать изменения состояния часового лазера и других близких к нему систем.
После предварительного обужения в первой части схемы часового лазера, излучение проходит через двупроходную систему («double-pass scheme»). Далее оно усиливается первым, и после схемы деления, вторым ведомым лазером. Излучение проходит через высокодобротный резонатор (F=568000) через оптический распределитель излучения в оптоволоконные линии (см. рисунок Б.2), основанный на технологии фазовой коррекции. Ширина линии резонатора - bv = A SR = 2.6 кГц. Второй резонатор также помещен в специальный короб на самовыравнивающуюся платформу вместе со схемой фазовой коррекции и схемой Паунда-Древер-Холла. Этот резонатор дважды вакуумирован и термостатирован 4-мя ПИД-регуляторами. Сам резонатор - также резонатор Фабри-Перо, длиной L=10 см. Система высокочастотной (несущая частота модуляции: 50 МГц) обратной связи используется для глобальной коррекции фазовых возмущений в оптоволокне через АОМ (194 МГц) в коробе с первым резонатором и ведущим лазером. Вторая часть системы обратной связи также дополнена системой автовосстановления.
При помощи часового лазера был проведен долгосрочный эксперимент по проверке измерителя параметров: длины волны и частоты, «Angstrom» WS-U High Finesse, который имеет заявленные в паспорте абсолютную точность ±2 МГц и точностью определения длины волны 100 МГц. Измерения начались 01.09.2012 и закончились 17.07.2013. Максимальная скорость изменения оказалась на уровне «40-45 Гц/сек. Максимальная девиация длины волны на уровне «73 МГц. В итоге в ходе эксперимента было выявлено несоответствие паспортных и фактических данных, и что прибор имеет реальную точность в районе десятков МГц.
Система автовосстановления. Обычная, технически-вынужденная, длительность измерения в Sr часах, составляет 15 минут. Одна из основных проблем атомных часов - это долгосрочные измерения. Системы обратной связи (синхронное детектирование, Фазовый компенсатор, Паунд-Древер-Холл (ПДХ), Хэнш-Койо как частный случай эллипсометрии) - неотъемлемая часть современных оптических часов. В среднем, если эти системы правильно настроены, это может обеспечить непрерывную синхронизацию в течение десятков минут. Но данные системы не обеспечивают восстановление синхронизации после каких-либо инцидентов в окружающей среде (механические вибрации, краткосрочные оптические преграды и т.д.). И в этот момент система восстановления может помочь восстановить резонансное состояние системы обратной связи. Как типичный пример можно привести электронную часть фазового компенсатора, показанного на рисунке В.5, а). Система восстановления была внедрена в активный фильтр после смесителя сигналов. Эта простая схема представляет систему пассивного автовосстановителя. Его основная задача - это разряд непреднамеренно накопленного заряда интегратора. Как можно увидеть из рисунка В.5, б), эта система включает: выпрямитель, компаратор (операционный усилитель или другой), цепь задержки и непосредственный разрядник (реле, транзистор и т.д.). Работа и примеры данных схем очень хорошо описаны в [141] в разных главах.
