Рабочий режим стронциевого оптического репера с внутренней криогенной камерой

Михаил Геннадьевич Гуров1 *,
Елена Геннадьевна Гурова2

1 ФГУП «ВНИИФТРИ», Менделеево, Московская обл., Россия
gurov_mg@vniiftri.ru ( *корреспондирующий автор), SPIN-код: 1373-3246, ORCID: 0000-0003-4958-1304, WoS Research ID: C-8209-2014, Scopus ID: 54395517900, Google Scholar: GrJjSlsAAAAJ
2 ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный университет экономики и управления “НИНХ”» (НГУЭУ), Новосибирск, Россия
lena319@mail.ru, SPIN-код: 4525-9907, ORCID: 0000-0001-5254-4796, WoS Research ID: P-2695-2015, Scopus ID: 55823011600

«Альманах современной метрологии» № 4 (44) 2025, стр. 34–46

The page of the article in English

Научная статья

УДК 681.2.082, 539.1.043

Аннотация. Рассмотрены особенности устройств вакуумных спектроскопов ре­перов двух поколений разработки с устранением сдвига от теплового излучения окружающей среды. Показана разница конструкций в части размещения криоген­ных охладителей Стирлинга относительно вакуумного спектроскопа и приведены оценки времени выхода на режим данных конструкций. Приведены данные по мак­си­мальной температуре криогенной камеры без существенного ухудшения предель­ной неопределённости, возможной в условиях наземного применения репера. Описаны особенности многоконтурных камер оптических спектроскопов с криогенным охлаж­­де­нием предыдущего и нового поколений, в которых происходит опрос атомов для получения информации о состоянии системы стабилизации оптического хранителя частоты. Приведены диаграммы расчёта распределения тепловых полей системы охлаждения внутренних камер вакуумных спектроскопов. Проведена качественная сравнительная оценка времени выхода на режим оптических реперов.

Ключевые слова: оптический репер, лазерное охлаждение, тепловой сдвиг, крио­генная камера, охладитель Стирлинга

Для цитирования: Гуров М.Г., Гурова Е.Г. Рабочий режим стронциевого оптического ре­пера с внутренней криогенной камерой // Альманах современной метрологии. 2025. № 4 (44). С. 34–46.

© Гуров М.Г., Гурова Е.Г., 2025

Вклад авторов. Оба автора внесли существенный вклад в создание статьи.
Конфликт интересов. У авторов нет конфликта интересов относительно содержа­ния статьи.

Список источников / References

1. Middelmann Th., Falke St., Lisdat Ch., Sterr U. High accuracy correction of black­body radiation shift in an optical lattice clock // Physical Review Letters. 2012. V. 109. № 26. 263004.  https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.109.263004.

2. Gurov M.G., Gurova E.G., Rozanov S.B., Slyusarev S.N. Species of vacuum chamber design with cryogenic cooling for strontium optical clocks // Journal of Physics: Con­ference Series. 2020. V. 1661. № 1. 012140. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1661/1/012140.

3. Ablewski P., Bober M., Zawada M. Reducing blackbody radiation shift uncertainty in optical lattice clocks // European Frequency and Time Forum (EFTF): Proceedings. April 10–12, 2018. Turin, Italy. IEEE, 2018. P. 352. https://doi.org/10.1109/EFTF.2018.8409067.

4. Lodewyck J., Zawada M., Lorini L., Gurov M., Lemonde P. Observation and cancel­lation of a perturbing dc stark shift in strontium optical lattice clocks // IEEE Tran­sactions on Ultrasonics Ferroelectrics and Frequency Control. 2012. V. 59. № 3. P. 411–415. https://doi.org/10.1109/TUFFC.2012.2209.

5. Пат. RU 2811394 С1, МПК H01S 1/06, H05B 3/06. Источник атомов / М.Г. Гуров; патентообладатель ФГУП «ВНИИФТРИ». № 2023128834; заявл. 07.11.2023; опубл.01.2024, Бюл. № 2. EDN: TKCPUT.

6. Ma L.-Sh., Jungner P., Ye J., Hall J.L. Delivering the same optical frequency at two places: accurate cancellation of phase noise introduced by an optical fiber or other time-varying path // Optics Letters. 1994. V. 19. № 21. P. 1777–1779. https://doi.org/10.1364/OL.19.001777.

7. Gurov M.G., Gurova E.G. Towards the providing of the noises cancellation in the op­tical systems of the distribution and detection of the optical signals // Journal of Physics: Conference Series. 2020. V. 1661. № 1. 012005. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1661/1/012005.

8. Гуров М.Г., Гурова Е.Г. Об узкополосных многоканальных оптических систе­мах и тепловых источниках атомов // Физика ультрахолодных атомов — 2023. 17-я Всероссийская научная конференция с международным участием. 18–20 де­кабря 2023 г., Новосибирск. Тезисы докладов. Новосибирск, 2023. C. 15. EDN: UFADFD.

9. Пат. RU 2704728 С1, МПК H03L 7/00. Электронная система стабилизации / М.Г. Гуров; патентообладатель Российская Федерация, от имени которой вы­ступает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (РОССТАНДАРТ). № 2018141433; заявл. 26.11.2018; опубл. 30.10.2019, Бюл. № 31. EDN: GICNWI.

10. Ushijima I., Takamoto M., Das M., Ohkubo T., Katori H. Cryogenic optical lattice clocks // Nature Photonics. 2015. V. 9. P. 185–189. https://doi.org/10.1038/nphoton.2015.5.

11. Hinkley N., Sherman J.A., Phillips N.B., Schioppo M., Lemke N.D., Beloy K., Pizzo­caro M., Oates C.W., Ludlow A.D. An atomic clock with 10−18 instability // Science. V. 341. № 6151. P. 1215–1218. https://doi.org/10.1126/science.1240420.

12. Pizzocaro M., Thoumany P., Rauf B., Bregolin F., Milani G., Clivati C., Costanzo G.A., Levi F., Calonico D. Absolute frequency measurement of the 1S0–3P0 transition of 171Yb // Metrologia. 2017. V. 54. № 1. P. 102–112. https://doi.org/10.1088/1681-7575/aa4e62.

13. Safronova M.S., Porsev S.G., Safronova U.I., Kozlov M.G., Clark Ch.W. Blackbody-radiation shift in the Sr optical atomic clock // Physical Review A. 2013. V. 87. 012509. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.87.012509.

14. Porsev S.G., Derevianko A. Multipolar theory of blackbody radiation shift of atomic energy levels and its implications for optical lattice clocks // Physical Review A. 2006. V. 74. 020502. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.74.020502.

15. Brewer S.M., Chen J.-S., Hankin A.M., Clements E.R., Chou C.W., Wineland D.J., Hume D.B., Leibrandt D.R. 27Al+ quantum-logic clock with a systematic uncertainty below 10−18 // Physical Review Letters. 2019. V. 123. 033201. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.033201.

16. Diddams S.A., Udem Th., Bergquist J.C., Curtis E.A., Drullinger R.E., Hollberg L., Itano W.M., Lee W.D., Oates C.W., Vogel K.R., Wineland D.J. An optical clock based on a single trapped 199Hg+ Ion // Science. 2001. V. 293. № 5531. P. 825–828. https://doi.org/10.1126/science.1061171.

17. Falke S., Lemke N., Grebing Ch., Lipphardt B., Weyers S., Gerginov V., Huntemann N., Hagemann Ch., Al-Masoudi A., Häfner S.A., Vogt S., Sterr U., Lisdat Ch. A strontium lattice clock with 3 ×10–17 inaccuracy and its frequency // New Journal of Physics. 2014. V. 16. 073023. https://doi.org/10.1088/1367-2630/16/7/073023.

18. Пат. RU 2693551 C1, МПК H01S 1/06, G21K 1/093, H05H 3/00. Замедлитель Зеемана атомного пучка / М.Г. Гуров, С.Н. Слюсарев, А.С. Костин; патенто­обладатель Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (РОССТАНДАРТ). № 2018141431; заявл. 26.11.2018; опубл. 03.07.2019, Бюл. № 19. EDN: WFDNKI.

19. Gurov M.G., Gurova E.G., Dmitriev A.K. Effect of thermal fields on the shift of opti­cal standards of frequency // Russian Physics Journal. 2015. V. 57. № 12. P. 1709–1715. https://doi.org/10.1007/s11182-015-0442-8.

Статья поступила в редакцию 18.09.2025; одобрена после рецензирования 25.09.2025; принята к публикации 29.09.2025.

Статья в полном объеме доступна в печатном номере журнала и в Научной электронной библиотеке eLIBRARY.
Оформить подписку и купить печатные номера журнала у издателя.

Предыдущая статья ……. Содержание ……. Следующая статья