М.С. Алейников
ФГУП «ВНИИФТРИ», Менделеево, Московская обл.
aleinikov@vniiftri.ru
«Альманах современной метрологии» № 2 (10) 2017, стр. 180–196
УДК 539.194
В стандартах частоты фонтанного типа наряду с фундаментальными шумами, обусловленными флуктуациями при измерении внутреннего состояния рабочих атомов, существуют технические шумы, обусловленные шумами лазерной и детектирующей систем, а также системы формирования опросного сигнала. Проведенный анализ среди полученных результатов метрологических исследований в ряде различных лабораторий мира показывает, что именно шум опросного сигнала является доминирующим фактором, ограничивающим стабильность таких стандартов. В настоящей статье подробно исследуется обозначенная проблема и предлагаются способы ее решения в рамках анализа двух моделей опросного сигнала.
Ключевые слова: атомный стандарт, фундаментальный шум, технические шумы, частота часового перехода, квантовая система стандарта, метод Раби, метод Рэмси, две модели СВЧ синтезатора.
Цитируемая литература
1. Itano W.M., Bergquist J.C., Bollinger J.J., Gilligan J.M., Heinzen D.J., Moore F.L., Raizen M.G. and Wineland D.J. Quantum projection noise: Population fluctuations in two-level systems // Phys. Rev. A, v. 47, N. 5, pp. 3554–3570, 1993.
2. Santarelli G., Laurent Ph., Lemonde P., Clairon A., Mann A.G., Chang S., Luiten A.N. and Salomon Ch. Quantum projection noise in an atomic fountain: A high stability caesium frequency standard // Phys. Rev. Lett., 82: 4619–4622, 1999.
3. Gibble K. and Chu S. Laser-cooled Cs frequency standard and a measurement of the frequency shift due to ultracold collisions // Phys. Rev. Lett., 70:1771–1774, 1983.
4. Fertig Ch. and Gibble K. Measurement and cancellation of the cold collision frequency shift in an 87Rb fountain clock // Phys. Rev. Lett., 85:1622-1625, 2000.
5. Bize. S., Sortais Y., Santos M.S., Mandache C., Clairon A. and Salomon S. High-accuracy measurement of the 87Rb ground-state hyperfine splitting in an atomic fountain // Europhys. Lett., 45:558-564, 1999.
6. Bureau International des Poids et Mesures. SI Brochure: The International System of Units (SI) // 8th edition updated in 2014, Appendix 2, Practical realization of the definitions of some important units, Recommended values of standard frequencies, 2006.
7. Kramer G. Noise in passive frequency standards // Proceedings of the CP-EM, pp. 157–159, 1974.
8. Audoin C., Candelier V. and Dimarcq N. A limit to the frequency stability of passive frequency standards due to an intermodulation effect // IEEE Trans. Instrum. Meas., v. 40, pp. 121–125, 1991.
9. Joyet A., Mileti G., Thomann P. and Dudle G. Continuous fountain Cs standard: stability and accuracy issues // Frequency Standards and Metrology, Proceedings of the 6th Symposium, pp. 273–280, 2002.
10. Greenhall C.A. and Dick G.J. Local oscillator limited frequency stability for passive atomic frequency standards using square wave frequency modulation // IEEE Trans. Ultrason. Ferroelect. and Freq. Contr., 47:1593–1600, 2000.
11. Makdissi А., de Clercq Е., Audoin С. and Clairon А. Generalization of the Dick effect to continuous beam frequency standards // Proceedings IFCS, pp. 263–269, 1998.
12. Joyet А., Mileti G., Dudle G. and P. Thomann. Theoretical study of the Dick effect in a continuously operated Ramsey resonator // IEEE Trans. Instrum. Measur., v. 50, N. 1, pp. 150–156, 2001.
13. Greenhall С.А. A derivation of the long-term degradation of a pulsed atomic frequency standard from a control-loop model // IEEE Trans. Ultrason., Ferroelect. and Freq. Contr., v. 45, N. 4, pp. 895–898, 1998.
14. Presti L. Lo., Rovera D. and Marchi A. De. A simple analysis of the Dick effect in terms of phase noise spectral densities // IEEE Trans. Ultrason., Ferroelect. and Freq. Contr., v. 45, N. 4, pp. 899–905, 1998.
15. Walls F.L. Errors in determining the center of a resonance line using sinusoidal frequency (phase) modulation // IEEE Trans. Ultrason., Ferroelect. and Freq. Contr., v. 34, N. 6, pp. 592–597, 1987.
16. Dick G.J. Local oscillator induced instabilities in trapped ion frequency standards // Proceedings of the 19th PTTI, Redendo Beach, pp. 133–147, 1987.
17. Dick G.J., Prestage J.D., Greenhall C.A. and L. Maleki. Local oscillator induced degradation of medium-term stability in passive atomic frequency standards // Proceedings of the 22nd PTTI, Vienna, pp. 487–508, 1990.
18. Bize S., Sortais Y., Lemonde P., Zhang S., Laurent Ph., Santarelli G., Salomon C., Clairon A. Interrogation oscillator noise rejection in the comparison of atomic fountains // IEEE Trans. Ultrason., Ferroelect. and Freq. Contr., v. 47, N. 5, pp. 1253–1255, 2000.
19. Ramsey N.F. A molecular beam resonance method with separated oscillating fields // Phys. Rev., 78:695–699, 1950.
20. Домнин Ю.С., Ёлкин Г.А., Новосёлов А.В., Барышев В.Н., Копылов Л.Н., Малышев Ю.М., Пальчиков В.Г. Применение холодных атомов цезия в квантовых стандартах частоты // Квантовая электроника, В. 34, Н. 12, с. 1084–1095, 2004.
21. Wineland D.J. and Itano W.M. Laser cooling of atoms // Phys. Rev., A, 20:1521–1540, 1979.
22. Lett P.D., Phillips W.D., Rolston S.L., Tanner C.E., Watts R.N. and Westbrook C.I. Optical molasses // J. Opt. Soc. Am. B, 6:2084–2107, 1989.
23. Phillips W.D., Prodan J.V. and Metcalf H.J. Laser cooling and electromagnetic trapping of neutral atoms // J. Opt. Soc. Am. B, 2:1751–1767, 1985.
24. Santarelli G., Audoin C., Makdissi A., Laurent P., Dick G.J. and Clairon A. Frequency stability degradation of an oscillator slaved to a periodically interrogated atomic resonator // IEEE Trans. Ultrason., Ferroelect. and Freq. Contr., v. 45, pp. 887–894, 1998.
25. Audoin C., Santarelli G., Makdissi A. and Clairon A. Properties of an oscillator slaved to a periodically interrogated atomic resonator // IEEE Trans. Ultrason., Ferroelect. and Freq. Contr., v. 45, N. 4, pp. 877–886, 1998.
Статья в Научной электронной библиотеке eLIBRARY.
Оформить подписку и купить печатные номера журнала у издателя.