ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Приборостроение». 2012
121
Определяющим фактором повышения точности, воспроизводи-
мости и стабильности частоты является выбор реперного квантового
перехода и метода регистрации спектрального резонанса и точности
его определения. Требуется высокое отношение сигнал/шум (С/Ш)
выделяемой реперной линии, а также устранение влияния физиче-
ских и технических источников возмущений, приводящих к сдвигам
стабилизированной частоты относительно частоты идеального («не-
возмущенного») квантового перехода.
В стандартах частоты реперная линия регистрируется по погло-
щению или фазовой задержке излучения внешнего генератора
при взаимодействии с атомами или молекулами. Факторами, огра-
ничивающими стабильность частоты, являются относительная ши-
рина реперной линии, к центру которой осуществляется привязка
частоты генератора, и отношение сигнал/шум, с которым эта линия
выделена.
Предельная стабильность частоты, выраженная в виде среднего
квадратического относительного двухвыборочного отклонения (па-
раметр Аллана) [4], определяется соотношением
2
1
(2, ) 1 1
Ш ,
2
С
τ
τ
i+ i
σ τ =
N
ν
ν
γ
ν
ν
ν τ
⎛
⎞
− ≥
⎜
⎟
⎝
⎠
∑
где
γ
— ширина реперной линии;
,
ν
ν
— среднее и текущее значение
несущей частоты;
τ
— время усреднения; Ш/С — отношение
шум/сигнал.
В достижении предельной точности и воспроизводимости часто-
ты неоспоримыми преимуществами обладают квантовые стандарты
частоты (СВЧ и оптические), использующие реперные линии «хо-
лодных» атомов/ионов, захваченных в ловушках или совершающих
движение в виде «фонтана» [4]. Собственная неопределенность ча-
стоты современных ОСЧ на одиночных «холодных» ионах Hg
+
и Al
+
,
дополненных фемтосекундными делителями частоты (часто эти
устройства называются «оптическими часами»), снижена в настоя-
щее время до 10
–17
[5]. Недостатком ОСЧ на одиночных частицах
является малое отношение C/Ш и необходимость длительного
усреднения сигнала. В значительной степени эта проблема решена в
ОСЧ, использующих «холодные» атомы, захваченные в световых
ловушках. Так, в ОСЧ на атомах Sr и Yb число атомов, влияющих
на сигнал реперной спектральной линии, достигает 10
5
…10
6
[6]. Все
указанные типы эталонов, обеспечивающие высокую точность и
воспроизводимость частоты, представляют собой сложные стацио-
нарные установки.
1 3,4,5