Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Атомний годинник



План:


Введення

Атомний годинник
FOCS 1, атомний годинник в Швейцарії з похибкою 10 -15, тобто не більше секунди за 30 мільйонів років

Атомний годинник ( молекулярні, квантові годинник) - прилад для вимірювання часу, в якому в якості періодичного процесу використовуються власні коливання атомів або молекул.

Атомний годинник важливі в навігації. Визначення положення космічних кораблів, супутників, балістичних ракет, літаків, підводних човнів, а також пересування автомобілів в автоматичному режимі по супутниковому зв'язку ( GPS, ГЛОНАСС, Galileo) немислимі без атомних годин. Атомний годинник використовуються також в системах супутникового і наземного телекомунікації, у тому числі в базових станціях мобільного зв'язку, міжнародними та національними бюро стандартів і службами точного часу, які періодично транслюють тимчасові сигнали по радіо.

З 1967 міжнародна система одиниць СІ визначає одну секунду як 9192631770 періодів електромагнітного випромінювання, що виникає при переході між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133. Згідно з цим визначенням, атом цезію-133 є стандартом для вимірювань часу і частоти. Точність визначення секунди визначає точність визначення інших основних одиниць, таких як, наприклад, вольт або метр, що містять секунду в своєму визначенні.

Стабільність атомних годин \ Delta \ nu / \ nu (Де \ Delta \ nu - Відхилення частоти \ Nu годин за деякий період часу) зазвичай лежить в межах 10 -14 -10 -15 , А в спеціальних конструкціях досягає 10 -17 [1], і є найкращою серед усіх існуючих типів годин. [1]


1. Пристрій годин

Схема атомних годин

Годинник складається з декількох частин:

Кварцовий генератор являє собою автогенератор, в якості резонансного елемента якого використовуються п'єзоелектричні моди кварцового кристала. Генеруються їм електромагнітні коливання мають фіксовану частоту, рівну, як правило, [2] 10, 5 або 2,5 МГц, з можливістю перебудови в невеликих межах ( 10 -6, наприклад, зміною температури кристала). Зазвичай довготривала стабільність кварцового резонатора мала і становить близько \ Delta \ nu / \ nu = 10 ^ {-7} . З метою підвищення його стабільності використовують коливання атомів або молекул, для чого коливання кварцового генератора з частотою \ Nu_o постійно порівнюються c допомогою частотно-фазового компаратора з частотою атомної лінії \ Nu_a , Реєстрованої в квантовому дискримінатора. При появі різниці в фазі і частоті коливань, схема зворотного зв'язку підлаштовує частоту кварцового генератора до необхідного значення, підвищуючи тим самим стабільність і точність годин до рівня \ Delta \ nu / \ nu = 10 ^ {-14} .

В СРСР ідеологом створення атомного годинника був академік Микола Геннадійович Басов [3].


2. Національні центри стандартів частоти

Зростання точності атомних годин за період 50 років. NIST, США

Багато країн сформували національні центри стандартів часу і частоти [4] :

Вчені різних країн працюють над вдосконаленням атомних годин і заснованих на них державних первинних еталонів часу і частоти, точність таких годинників неухильно підвищується. У Росії великі дослідження, спрямовані на поліпшення характеристик атомних годин, проводяться в Фізичному інституті ім.Лебедєва.


3. Типи атомних годин

Не всякий атом (молекула) підходить в якості репера для атомних годин. Вибирають атоми, які нечутливі до різних зовнішніх впливів: магнітним, електричним і електромагнітних полів. У кожному діапазоні електромагнітного спектру випромінювання є такі атоми. Це: атоми кальцію, рубідію, цезію, стронцію, молекули водню, йоду, метану, оксид осмію (VIII) і т. д. В якості основного (первинного) стандарту частоти обраний надтонкий перехід в атомі цезію. Характеристики всіх інших (вторинних) стандартів порівнюються з цим стандартом. Для того щоб здійснити таке порівняння в даний час використовуються так звані оптичні гребінки (англ.) - випромінювання із широким частотним спектром у вигляді еквідистантних ліній відстань між якими прив'язується до атомного стандарту частоти. Оптичні гребінки отримують за допомогою фемтосекундного лазера з синхронізацією мод і мікроструктурірованного оптоволокна, в якому відбувається уширення спектру до однієї октави.

У 2006 році дослідники з американського Національного інституту стандартів і технологій під керівництвом Джима Бергквіст ( англ. Jim Bergquist ) Розробили годинник, що діють на одному атомі ртуті [5]. При переходах між енергетичними рівнями іона ртуті генеруються фотони видимого діапазону зі стабільністю в 5 разів вище, ніж мікрохвильове випромінювання цезію-133. Новий годинник можуть також знайти застосування в дослідженнях залежності зміни фундаментальних фізичних постійних від часу.

Мініатюрні цезієві атомний годинник (2011)

Ведуться активні розробки компактних атомних годин, для використання в повсякденному житті (наручний годинник, мобільні пристрої) [6] [7] [8] [9]. На початку 2011 американська компанія Symmetricom оголосила про комерційний випуск цезієвого атомних годин розміром з невелику мікросхему. Годинник працюють на основі ефекту когерентного полонення населеності. Їх cтабільность - 5 10 -11 за годину, маса - 35 г, споживана потужність - 115 мВт [10].


Примітки

  1. 1 2 Поставлено новий рекорд точності атомних годин - www.membrana.ru/particle/3678. Membrana (5 лютого 2010). Читальний - www.webcitation.org/65JoP77Ex з першоджерела 9 лютого 2012.
  2. Зазначені частоти характерні саме для прецизійних кварцових резонаторів, з самої високою добротністю і стабільністю частоти, досяжною при використанні п'єзоефекту. Взагалі ж, кварцові генератори використовуються на частотах від одиниць кГц до декількох сотень Мгц. ( Альтшуллер Г. Б., Елфімов Н. Н., Шакулін В. Г. Кварцові генератори: Довідковий посібник. - М .: Радіо і зв'язок, 1984. - С. 121, 122. - 232 с. - 27000 екз. )
  3. Н. Г. Басов, В. С. Летохов. Оптичні стандарти частоти. - ufn.ru/ru/articles/1968/12/a / / / УФН. - 1968. - Т. 96. - № 12.
  4. National metrology laboratories - www.nist.gov / iaao / national.cfm (Англ.) . NIST, 3 лютого 2011
  5. Oskay W., Diddams S., Donley A., Frotier T., Heavner T., et al. Single-Atom Optical Clock with High Accuracy - prl.aps.org/abstract/PRL/v97/i2/e020801 (Англ.) / / Phys.Rev.Lett.. - American Physical Society, 4 липня 2006. - Vol. 97. - № 2. - ISSN 0031-9007 - - DOI : 10.1103/PhysRevLett.97.020801 - dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.97.020801
  6. Атомний годинник: скоро в мобільниках - www.cnews.ru/news/top/index.shtml?2004/09/03/163067. CNews (3 вересня 2004). Читальний - www.webcitation.org/65JoErxPx з першоджерела 9 лютого 2012.
  7. Нанотехнології :: - old.nanonewsnet.ru / index.php? module = pagesetter & func = viewpub & tid = 4 & pid = 60
  8. Ігор Лалаянц Атомні наручники - web.archive.org/web/20080624013339/http :/ / www.znanie-sila.ru/online/issue_3361.html / / Знання - сила. - 2005. - № 9. - ISSN 0130-1640 -
  9. Російські фізики створили "серце" мініатюрних атомних годин - lenta.ru/news/2010/03/18/atomic /. Lenta.ru (18 березня 2010). Читальний - www.webcitation.org/65JoHupGi з першоджерела 9 лютого 2012.
  10. CSAC - SA.45s - Chip Scale Atomic Clock - Symmetricom - www.symmetricom.com/products/frequency-references/chip-scale-atomic-clock-csac/SA.45s-CSAC/

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Атомний криголам
Росія (атомний криголам)
Атомний ракетний крейсер
50 років Перемоги (атомний криголам)
Петро Великий (атомний крейсер)
Годинник (сузір'я)
Годинник Лайма
Квітковий годинник
Годинник із зозулею
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru