RU2466485C1

RU2466485C1 - Rubidium absorption cell

Info

Publication number: RU2466485C1
Application number: RU2011120989/28A
Authority: RU
Inventors: Михаил Николаевич Гончаренко (RU); Михаил Николаевич Гончаренко; Вадим Степанович Жолнеров (RU); Вадим Степанович Жолнеров; Олег Прокопьевич Харчев (RU); Олег Прокопьевич Харчев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени"
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2012-11-10

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: absorption cell has an evacuated closed glass envelope filled with rubidium ⁸⁷Rb vapour, the inner surface of which is coated with an anti-relaxation coating of tetracontane. There is also a buffer gas - nitrogen or neon - inside the cell. Nitrogen pressure ranges from 3 to 4 mm Hg and neon pressure ranges from 12 to 17 mm Hg.

EFFECT: providing weak temperature dependence of the frequency of the operating atomic transition while maintaining a narrow spectral line and low frequency drift of the operating atomic transition.

Description

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано в пассивных квантовых мерах частоты на парах рубидия, например, радиоспектроскопах, магнитометрах, квантовых стандартах частоты, использующих в качестве высокостабильного частотного эталона квантовый дискриминатор с рубидиевой ячейкой поглощения.The invention relates to the field of quantum electronics and can be used in passive quantum frequency measures with rubidium vapor, for example, radio spectroscopes, magnetometers, quantum frequency standards, using a quantum discriminator with a rubidium absorption cell as a highly stable frequency standard.

В обобщенном виде квантовый дискриминатор с рубидиевой ячейкой поглощения содержит расположенные на одной оптической оси источник света оптической накачки, размещенную в СВЧ резонаторе рубидиевую ячейку поглощения (далее ячейка поглощения) и фотодетектор, см., например [1] - А.И.Пихтелев, А.А.Ульянов, Б.П.Фатеев и др. Стандарты частоты и времени на основе квантовых генераторов и дискриминаторов // М., Сов. радио, 1978, с.100-101, рис.4.1. Свет, создаваемый источником света оптической накачки, поглощается парами рубидия ⁸⁷Rb в ячейке поглощения, в результате чего увеличивается населенность верхнего уровня F=2 основного состояния атомов рубидия за счет атомов нижнего уровня F=1. Под воздействием на эти уровни СВЧ поля, возбуждаемого в СВЧ резонаторе внешним СВЧ сигналом, происходит обратный процесс увеличения числа атомов нижнего уровня F=1 за счет атомов верхнего уровня F=2. Вероятность перехода атомов из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией (т.е. со второго уровня на первый) под действием СВЧ поля зависит от расстройки между частотой возбуждающего СВЧ сигнала и частотой рабочего атомного перехода. При совпадении этих частот вероятность перехода атомов со второго уровня на первый максимальна, следовательно, максимально и поглощение света в ячейке. По изменению интенсивности света, прошедшего через ячейку поглощения, можно индицировать атомный резонанс и по нему контролировать частоту внешнего СВЧ сигнала. Изменение интенсивности света индицируется с помощью фотодетектора, ток которого является функцией частотной расстройки СВЧ поля относительно частоты рабочего атомного перехода.In a generalized form, a quantum discriminator with a rubidium absorption cell contains an optical pumping light source located on the same optical axis, a rubidium absorption cell (hereinafter referred to as the absorption cell), and a photodetector, see, for example, [1] - A.I. Pikhtelev, A . A. Ulyanov, B. P. Fateev et al. Frequency and time standards based on quantum generators and discriminators // M., Sov. Radio, 1978, pp. 100-101, Fig. 4.1. The light generated by the optical pumping light source is absorbed by ⁸⁷ Rb rubidium vapor in the absorption cell, as a result of which the population of the upper level F = 2 of the ground state of rubidium atoms increases due to lower level atoms F = 1. Under the influence of the microwave field excited in the microwave cavity by an external microwave signal at these levels, the reverse process of increasing the number of atoms of the lower level F = 1 occurs due to the atoms of the upper level F = 2. The probability of transition of atoms from a state with a higher energy to a state with a lower energy (i.e., from the second level to the first) under the influence of the microwave field depends on the detuning between the frequency of the exciting microwave signal and the frequency of the working atomic transition. When these frequencies coincide, the probability of the transition of atoms from the second level to the first is maximum, therefore, the absorption of light in the cell is also maximum. By changing the intensity of the light passing through the absorption cell, atomic resonance can be indicated and the frequency of the external microwave signal can be controlled from it. The change in light intensity is indicated by a photodetector, the current of which is a function of the frequency detuning of the microwave field relative to the frequency of the atomic transition.

На данном явлении построен, в частности, пассивный рубидиевый квантовый стандарт частоты, представляющий собой систему частотной автоподстройки кварцевого генератора, в которой квантовый дискриминатор выполняет функцию высокоточного, высокостабильного и высокодобротного резонансного контура, формирующего сигнал ошибки, который характеризует отклонение частоты возбуждающего СВЧ сигнала, формируемого из сигнала кварцевого генератора, относительно частоты рабочего атомного перехода рубидия ⁸⁷Rb, что позволяет использовать сформированный сигнал ошибки для управления частотой кварцевого генератора.This phenomenon is based, in particular, on a passive rubidium quantum frequency standard, which is a frequency-locked loop crystal oscillator in which the quantum discriminator performs the function of a high-precision, highly stable, and high-quality resonant circuit that generates an error signal that characterizes the frequency deviation of the exciting microwave signal generated from signal of a quartz generator, relative to the frequency of the working atomic transition of rubidium ⁸⁷ Rb, which allows the use of This error signal is used to control the frequency of the crystal oscillator.

Точностные характеристики такого пассивного рубидиевого квантового стандарта частоты в значительной степени определяются свойствами квантового дискриминатора. В свою очередь, точностные характеристики квантового дискриминатора зависят от характеристик примененной ячейки поглощения - временной и температурной стабильности частоты рабочего атомного перехода и ширины (добротности) спектральной линии этого перехода. В рассматриваемых целях обычно используется спектральная линия 0-0 перехода между подуровнями сверхтонкой структуры основного состояния атомов рубидия ⁸⁷Rb:F=2, m_F1=0↔F=1, m_F2=0, где F - квантовое число полного момента атома, m_F1 и m_F2 - магнитные квантовые числа.The accuracy characteristics of such a passive rubidium quantum frequency standard are largely determined by the properties of the quantum discriminator. In turn, the accuracy characteristics of the quantum discriminator depend on the characteristics of the absorption cell used — the time and temperature stability of the frequency of the atomic transition and the width (quality factor) of the spectral line of this transition. For the purposes considered, the spectral line of the 0–0 transition between sublevels of the hyperfine structure of the ground state of rubidium atoms is usually used: ⁸⁷ Rb: F = 2, m _F1 = 0↔F = 1, m _F2 = 0, where F is the quantum number of the total atomic moment, m _F1 and m _F2 are magnetic quantum numbers.

Конструктивно ячейка поглощения представляет собой стеклянный герметично запаянный баллон с откачанным воздухом (до 10^-6 мм рт.ст.) и наполненный несколькими миллиграммами щелочного металла - рубидием ⁸⁷Rb, присутствующим во внутреннем пространстве ячейки поглощения в виде паров. Внутренний объем ячейки поглощения имеет величину от одного до нескольких десятков кубических сантиметров. В качестве материала баллона ячейки поглощения используются кварцевые или молибденовые стекла, наиболее устойчивые к взаимодействию с химически активными атомами рубидия.Structurally, the absorption cell is a glass hermetically sealed container with evacuated air (up to 10 ^-6 mm Hg) and filled with several milligrams of an alkali metal - rubidium ⁸⁷ Rb, which is present in the interior of the absorption cell in the form of vapors. The internal volume of the absorption cell is from one to several tens of cubic centimeters. Quartz or molybdenum glasses that are most resistant to interaction with chemically active rubidium atoms are used as the material of the balloon of the absorption cell.

Ячейка поглощения, наполненная одним рубидием, характеризуется расширенной спектральной линией рабочего атомного перехода (порядка нескольких килогерц), что обусловлено релаксационными процессами, вызванными разного рода столкновениями атомов рубидия, в том числе со стенками баллона ячейки. Это является основным недостатком такой ячейки поглощения, препятствующим ее широкому практическому использованию в квантовых мерах частоты.An absorption cell filled with one rubidium is characterized by an extended spectral line of the working atomic transition (of the order of several kilohertz), which is due to relaxation processes caused by various kinds of collisions of rubidium atoms, including with the walls of the cell balloon. This is the main disadvantage of such an absorption cell, which impedes its wide practical use in quantum frequency measures.

Для уменьшения релаксационных процессов и получения в результате более узкой спектральной линии рабочего атомного перехода во внутреннее пространство ячеек поглощения дополнительно вводят буферный газ, обычно это азот (N₂), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr), ксенон (Xe) или метан (CH₄). Примеры использования ячеек поглощения с однокомпонентным буферным газом представлены, в частности, в патентах: [2] - US 5387881, H01S 1/06, H03B 17/00, H03L 7/26, 07.02.1995, Fig.1 (используется азот); [3] - US 5657340, H01S 3/09, H01S 1/06, H01S 1/00, 12.08.1997 (используется неон, аргон, криптон или ксенон).To reduce relaxation processes and to obtain a working atomic transition as a result of a narrower spectral line, a buffer gas is additionally introduced into the internal space of the absorption cells, usually nitrogen (N ₂ ), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon ( Xe) or methane (CH ₄ ). Examples of the use of absorption cells with one-component buffer gas are presented, in particular, in the patents: [2] - US 5387881, H01S 1/06, H03B 17/00, H03L 7/26, 02/07/1995, Fig.1 (nitrogen is used); [3] - US 5657340, H01S 3/09, H01S 1/06, H01S 1/00, 08/12/1997 (use neon, argon, krypton or xenon).

Однако применение однокомпонентного буферного газа приводит к увеличению температурной зависимости частоты рабочего атомного перехода в ячейке поглощения, т.е. к увеличению температурного коэффициента частоты (ТКЧ), определяемого как ТКЧ=Δf₀/ΔТ, где Δf₀ и ΔТ - соответственно приращение частоты рабочего атомного перехода и приращение температуры ячейки поглощения. При этом разные буферные газы дают разные по значению и знаку ТКЧ, см., например, посвященные этой проблеме работы: [4] - В.В.Батыгин, B.C.Жолнеров. Температурная зависимость частоты сверхтонкого перехода основного состояния Rb⁸⁷ в буферной среде // Оптика и спектроскопия, том XXXIX, вып.3, 1975, с.449-452; [5] - B.C.Жолнеров, О.П.Харчев. Температурные коэффициенты сдвигов частоты сверхтонкого перехода основного состояния Rb⁸⁷, обусловленных изотопами буферных газов // Вопросы радиоэлектроники, серия ОТ, вып.10, 1976, с.87-89.However, the use of a one-component buffer gas leads to an increase in the temperature dependence of the frequency of the working atomic transition in the absorption cell, i.e. to increase the temperature coefficient of frequency (TFC), defined as TFC = Δf ₀ / ΔТ, where Δf ₀ and ΔТ are the increment of the frequency of the working atomic transition and the increment of the temperature of the absorption cell, respectively. In this case, different buffer gases give different values and signs of TFC, see, for example, the works devoted to this problem: [4] - VV Batygin, BC Zholnerov. Temperature dependence of the frequency of the hyperfine transition of the ground state of Rb ⁸⁷ in a buffer medium // Optics and Spectroscopy, Volume XXXIX, Issue 3, 1975, pp. 494-452; [5] - BCZholnerov, O.P. Kharchev. Temperature coefficients of frequency shifts of the hyperfine transition of the ground state of Rb ⁸⁷ caused by isotopes of buffer gases // Radio Electronics Issues, OT Series, issue 10, 1976, p. 87-89.

Для минимизации ТКЧ с одновременным сохранением узкой спектральной линии рабочего атомного перехода в ячейках поглощения применяют многокомпонентные буферные газы (смеси буферных газов) с противоположным по знаку влиянием составляющих компонентов на ТКЧ, см., например, работу [6] - B.C.Жолнеров. Буферные смеси для газовой ячейки стандарта частоты с оптической накачкой // Оптика и спектроскопия, том 43, выпуск 5, 1977, с.957-961. Взаимное и противоположное по знаку влияние компонентов смеси на ТКЧ позволяет добиться уменьшения ТКЧ (в определенном диапазоне температур) с одновременным сохранением узкой спектральной линии рабочего атомного перехода. При этом, однако, имеет место увеличение дрейфа частоты рабочего атомного перехода во времени, что обусловлено деградацией и изменением состава смеси во времени, вызванными физико-химическими процессами взаимодействия веществ, заполняющих внутренний объем ячейки, друг с другом и со стенками ячейки.To minimize TFC while preserving the narrow spectral line of the working atomic transition in the absorption cells, multicomponent buffer gases (mixtures of buffer gases) with the opposite sign of the influence of constituent components on TFC are used, see, for example, [6] - B.C. Zholnerov. Buffer mixtures for a gas cell of a frequency standard with optical pumping // Optics and Spectroscopy, Volume 43, Issue 5, 1977, pp. 957-961. The mutual and opposite in sign effect of the mixture components on the TFC allows one to achieve a decrease in TFC (in a certain temperature range) while preserving a narrow spectral line of the working atomic transition. In this case, however, there is an increase in the frequency drift of the working atomic transition in time, which is caused by degradation and a change in the composition of the mixture in time, caused by physicochemical processes of interaction of substances filling the internal volume of the cell with each other and with the cell walls.

Уменьшение временного дрейфа частоты рабочего атомного перехода с одновременным сохранением узкой спектральной линии рабочего атомного перехода обеспечивается в ячейках поглощения путем нанесения на внутреннюю поверхность ячейки поглощения антирелаксационного покрытия, преимущественно парафинового, см., например, [7] - В.В.Григорьянц, М.Е.Жаботинский, В.Ф.Золин. Квантовые стандарты частоты // М., Наука, 1968, с.190 - 193; [8] - Г.А.Казаков, А.Н.Литвинов, Б.Г.Матисов, И.Е.Мазец. Резонанс когерентного пленения населенностей (электромагнитно-индуцированной прозрачности) в ячейках конечного размера // Журнал технической физики, 2008, том 78, вып.4, с.108-114; [9] - А.Н.Литвинов, Г.А.Казаков, Б.Г.Матисов, И.Е.Мазец. Двойной радиооптический резонанс в атомарных парах ⁸⁷Rb в ячейке с антирелаксационным стеночным покрытием // Журнал технической физики, 2009, том 79, вып.2, с.104-111. Получаемый эффект уменьшения дрейфа частоты с одновременным сохранением узкой спектральной линии рабочего атомного перехода объясняется стабилизирующим действием антирелаксационного покрытия, исключающего непосредственное взаимодействие рубидия со стенками ячейки поглощения и, соответственно, образование нежелательных продуктов взаимодействия, способных изменять частоту рабочего атомного перехода и ширину спектральной линии.A decrease in the temporal frequency drift of the working atomic transition while maintaining a narrow spectral line of the working atomic transition is ensured in the absorption cells by applying an antirelaxation coating, mainly paraffin, to the inner surface of the absorption cell, see, for example, [7] - V.V. Grigoryants, M. E.Zhabotinsky, V.F. Zolin. Quantum frequency standards // Moscow, Nauka, 1968, pp. 190 - 193; [8] - G.A.Kazakov, A.N. Litvinov, B.G. Matisov, I.E. Mazets. Resonance of coherent population trapping (electromagnetic-induced transparency) in finite-size cells // Journal of Technical Physics, 2008, Volume 78, Issue 4, pp. 108-114; [9] - A.N. Litvinov, G.A.Kazakov, B.G. Matisov, I.E. Mazets. Double radio-optical resonance in atomic pairs of ⁸⁷ Rb in a cell with anti-relaxation wall coating // Journal of Technical Physics, 2009, Volume 79, Issue 2, pp. 104-111. The resulting effect of reducing the frequency drift while maintaining a narrow spectral line of the working atomic transition is explained by the stabilizing effect of the anti-relaxation coating, which excludes direct interaction of rubidium with the walls of the absorption cell and, accordingly, the formation of undesirable interaction products that can change the frequency of the working atomic transition and the width of the spectral line.

Типичным примером применения ячейки поглощения с антирелаксационным покрытием является рубидиевая ячейка поглощения квантового дискриминатора рубидиевого квантового стандарта частоты, представленная в патенте [10] - US 4405905, H03L 7/26, 20.09.1983. Типичная технология нанесения антирелаксационного покрытия (парафинового) в рубидиевой ячейке поглощения представлена в авторском свидетельстве [11] - SU 445900 A1, G01N 27/72, G01V 3/14, 15.12.1974.A typical example of the use of an absorption cell with an anti-relaxation coating is a rubidium absorption cell of a quantum discriminator of a rubidium quantum frequency standard, presented in patent [10] - US 4405905, H03L 7/26, 09/20/1983. A typical technology for applying an anti-relaxation coating (paraffin) in a rubidium absorption cell is presented in the author's certificate [11] - SU 445900 A1, G01N 27/72, G01V 3/14, 12/15/1974.

Наиболее близкой к заявляемой ячейке поглощения является рубидиевая ячейка поглощения, описанная в работе [12] - Т.Bandi, С.Affolderbach, G.Mileti. Study of 0-0 hyperfine double-resonance transition in a wall-coated cell // EFTF 2010. 24^th European Frequency and Time Forum. Programme & abstract book. 13-16 April 2010, p.67. Эта рубидиевая ячейка поглощения выбрана в качестве прототипа.Closest to the claimed absorption cell is the rubidium absorption cell described in [12] - T. Bandi, C. Affolderbach, G. Milileti. Study of 0-0 hyperfine double-resonance transition in a wall-coated cell // EFTF 2010.24 ^th European Frequency and Time Forum. Program & abstract book. April 13-16, 2010, p. 67. This rubidium absorption cell is selected as a prototype.

Рубидиевая ячейка поглощения, выбранная в качестве прототипа, содержит откачанный замкнутый стеклянный баллон, наполненный парами рубидия ⁸⁷Rb, внутренняя поверхность которого покрыта антирелаксационным покрытием из парафина. Наличие парафинового антирелаксационного покрытия позволяет уменьшить дрейф частоты рабочего атомного перехода с одновременным сохранением узкой спектральной линии. При этом, однако, имеет место сильная температурная зависимость частоты рабочего атомного перехода (ТКЧ≈-2,4 Гц/град), что является недостатком прототипа.The rubidium absorption cell, selected as a prototype, contains an evacuated closed glass bottle filled with ⁸⁷ Rb rubidium vapor, the inner surface of which is coated with a paraffin anti-relaxation coating. The presence of a paraffin anti-relaxation coating allows one to reduce the frequency drift of the working atomic transition while preserving a narrow spectral line. In this case, however, there is a strong temperature dependence of the frequency of the working atomic transition (TFC ≈ 2.4 Hz / deg), which is a disadvantage of the prototype.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание рубидиевой ячейки поглощения, в которой обеспечивается слабая температурная зависимость частоты рабочего атомного перехода (атомного 0-0 перехода) с одновременным сохранением узкой спектральной линии и малым дрейфом частоты рабочего атомного перехода во времени.The technical problem to which the claimed invention is directed is to create a rubidium absorption cell in which a weak temperature dependence of the frequency of the working atomic transition (atomic 0-0 transition) is ensured while maintaining a narrow spectral line and a small frequency drift of the working atomic transition in time.

Сущность изобретения заключается в следующем. В рубидиевой ячейке поглощения, содержащей откачанный замкнутый стеклянный баллон, наполненный парами рубидия ⁸⁷Rb, внутренняя поверхность которого покрыта антирелаксационным покрытием, в качестве материала антирелаксационного покрытия используется тетраконтан, при этом во внутреннее пространство ячейки введен дополнительно буферный газ-азот или неон, причем давление азота составляет от 3 до 4 мм рт.ст., а давление неона - от 12 до 17 мм рт.ст.The invention consists in the following. In a rubidium absorption cell containing an evacuated closed glass cylinder filled with ⁸⁷ Rb rubidium vapor, the inner surface of which is coated with an anti-relaxation coating, tetracontane is used as the material of the anti-relaxation coating, with an additional buffer gas of nitrogen or neon introduced into the internal space of the cell, with nitrogen pressure is from 3 to 4 mm Hg, and the pressure of neon is from 12 to 17 mm Hg.

Конструктивно заявляемая рубидиевая ячейка поглощения представляет собой герметично запаянный баллон с откачанным воздухом, выполненный из щелочеустойчивого стекла, например молибденового стекла марки С51-1. Внутренняя поверхность баллона, образующая внутреннюю поверхность ячейки поглощения, покрыта антирелаксационным покрытием. В качестве материала антирелаксационного покрытия применен тетраконтан (C₄₀H₈₂) - вещество, относящееся к предельным углеводородам длинных цепей, имеющее сравнительно высокую температуру плавления 81,5°C, что позволяет использовать ячейку поглощения в заданном диапазоне рабочих температур от 50 до 60°C. Баллон наполнен парами рубидия ⁸⁷Rb и однокомпонентным буферным газом - азотом или неоном. Количество рубидия выбирается исходя из условий обеспечения возможности возникновения и индицирования атомного резонанса. Указанное давление буферного газа (от 3 до 4 мм рт.ст. для азота и от 12 до 17 мм рт.ст. для неона) выбирается из условия минимизации температурной зависимости частоты рабочего атомного перехода в ячейке поглощения в заданном диапазоне рабочих температур от 50 до 60°C, т.е. получения минимального значения ТКЧ.Structurally, the inventive rubidium absorption cell is a hermetically sealed cylinder with evacuated air, made of alkali-resistant glass, such as molybdenum glass grade C51-1. The inner surface of the balloon, which forms the inner surface of the absorption cell, is coated with an anti-relaxation coating. As a material for the anti-relaxation coating, tetracontane (C ₄₀ H ₈₂ ) was used - a substance belonging to long chain saturated hydrocarbons having a relatively high melting point of 81.5 ° C, which allows the use of an absorption cell in a given operating temperature range from 50 to 60 ° C . The cylinder is filled with Rubidium ⁸⁷ Rb vapor and a one-component buffer gas - nitrogen or neon. The amount of rubidium is selected based on the conditions for ensuring the possibility of occurrence and display of atomic resonance. The indicated buffer gas pressure (from 3 to 4 mm Hg for nitrogen and from 12 to 17 mm Hg for neon) is selected from the condition of minimizing the temperature dependence of the frequency of the working atomic transition in the absorption cell in a given range of operating temperatures from 50 to 60 ° C, i.e. obtaining the minimum value of TFC.

Азот или неон среди известных буферных газов при наполнении ячейки поглощения позволяют получить минимальные значения ТКЧ при наименьшем сдвиге частоты рабочего атомного перехода. При этом выбор азота является предпочтительным из-за меньшего сдвига частоты и поглощения переизлученного атомами ⁸⁷Rb света.Nitrogen or neon among the known buffer gases during filling of the absorption cell allows one to obtain the minimum TFC at the smallest frequency shift of the working atomic transition. Moreover, the choice of nitrogen is preferable due to the smaller frequency shift and absorption of light reradiated by ⁸⁷ Rb atoms.

Механизм обеспечения слабой температурной зависимости частоты рабочего атомного перехода в заявляемой ячейке поглощения заключается во взаимной компенсации влияния, оказываемого на ТКЧ ячейки поглощения антирелаксационным тетраконтановым покрытием и буферным газом, где антирелаксационное тетраконтановое покрытие имеет отрицательный температурный коэффициент смещения частоты рабочего атомного перехода, а буферный газ (как азот, так и неон) - положительный.The mechanism for ensuring a weak temperature dependence of the frequency of the working atomic transition in the claimed absorption cell is to mutually compensate for the effect exerted by the anti-relaxation tetracontane coating and the buffer gas on the TFC of the absorption cell, where the anti-relaxation tetracontane coating has a negative temperature coefficient of frequency shift of the working atomic transition, and the buffer gas (as nitrogen and neon) - positive.

Эффект получения узкой спектральной линии при малом дрейфе частоты рабочего атомного перехода обусловлен, как и в прототипе, стабилизирующим действием антирелаксационного покрытия, исключающего непосредственное взаимодействие рубидия со стенками ячейки поглощения и, соответственно, образование нежелательных продуктов взаимодействия, способных изменять частоту рабочего атомного перехода и ширину спектральной линии.The effect of obtaining a narrow spectral line with a small drift in the frequency of the working atomic transition is due, as in the prototype, to the stabilizing effect of the anti-relaxation coating, which excludes the direct interaction of rubidium with the walls of the absorption cell and, accordingly, the formation of undesirable interaction products that can change the frequency of the working atomic transition and the width of the spectral lines.

С технологической точки зрения процесс изготовления заявляемой ячейки поглощения состоит из известных стандартных операций. Так, нанесение тетраконтанового антирелаксационного покрытия на внутреннюю поверхность ячейки поглощения и наполнение ячейки поглощения рубидием может быть осуществлено, например, по технологии, аналогичной представленной в [11], а наполнение ячейки поглощения буферным газом может быть осуществлено по технологии, аналогичной описанной в [1, с.111-119].From a technological point of view, the manufacturing process of the inventive absorption cell consists of known standard operations. Thus, the application of a tetracontane anti-relaxation coating on the inner surface of the absorption cell and filling the absorption cell with rubidium can be carried out, for example, using a technology similar to that described in [11], and filling the absorption cell with buffer gas can be carried out according to a technology similar to that described in [1, p. 111-119].

Таким образом, рассмотренное показывает, что заявляемое изобретение осуществимо и обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в создании рубидиевой ячейки поглощения для пассивных квантовых мер частоты, в которой обеспечивается слабая температурная зависимость частоты рабочего атомного перехода (атомного 0-0 перехода) с одновременным сохранением узкой спектральной линии и малого дрейфа частоты рабочего атомного перехода.Thus, the above shows that the claimed invention is feasible and ensures the achievement of a technical result, which consists in creating a rubidium absorption cell for passive quantum frequency measures, which provides a weak temperature dependence of the frequency of the working atomic transition (atomic 0-0 transition) while maintaining a narrow spectral line and small frequency drift of the working atomic transition.

Источники информацииInformation sources

1. А.И.Пихтелев, А.А.Ульянов, Б.П.Фатеев и др. Стандарты частоты и времени на основе квантовых генераторов и дискриминаторов // М., Сов. радио, 1978.1. A.I. Pikhtelev, A. A. Ulyanov, B. P. Fateev and others. Standards of frequency and time based on quantum generators and discriminators // M., Sov. radio, 1978.

2. US 5387881, H01S 1/06, H03B 17/00, H03L 7/26, опубл. 07.02.1995.2. US 5387881, H01S 1/06, H03B 17/00, H03L 7/26, publ. 02/07/1995.

3. US 5657340, H01S 3/09, H01S 1/06, H01S 1/00, опубл. 12.08.1997.3. US 5657340, H01S 3/09, H01S 1/06, H01S 1/00, publ. 08/12/1997.

4. В.В.Батыгин, B.C.Жолнеров. Температурная зависимость частоты сверхтонкого перехода основного состояния Rb⁸⁷ в буферной среде // Оптика и спектроскопия, том XXXIX, вып.3, 1975, с.449-452.4. V.V. Batygin, BC Zholnerov. Temperature dependence of the frequency of the hyperfine transition of the ground state of Rb ⁸⁷ in a buffer medium // Optics and Spectroscopy, Volume XXXIX, Issue 3, 1975, pp. 494-452.

5. B.C.Жолнеров, О.П.Харчев. Температурные коэффициенты сдвигов частоты сверхтонкого перехода основного состояния Rb⁸⁷, обусловленных изотопами буферных газов // Вопросы радиоэлектроники, серия ОТ, вып.10, 1976, с.87-89.5. BCZholnerov, O.P. Kharchev. Temperature coefficients of frequency shifts of the hyperfine transition of the ground state of Rb ⁸⁷ caused by isotopes of buffer gases // Radio Electronics Issues, OT Series, issue 10, 1976, p. 87-89.

6. B.C.Жолнеров. Буферные смеси для газовой ячейки стандарта частоты с оптической накачкой // Оптика и спектроскопия, том 43, выпуск 5, 1977, с.957-961.6. B.C. Zholnerov. Buffer mixtures for a gas cell of a frequency standard with optical pumping // Optics and Spectroscopy, Volume 43, Issue 5, 1977, pp. 957-961.

7. В.В.Григорьянц, М.Е.Жаботинский, В.Ф.Золин. Квантовые стандарты частоты // М., Наука, 1968, с.190-193.7. V.V. Grigoryants, M.E. Zhabotinsky, V.F. Zolin. Quantum frequency standards // M., Nauka, 1968, pp. 190-193.

8. Г.А.Казаков, А.Н.Литвинов, Б.Г.Матисов, И.Е.Мазец. Резонанс когерентного пленения населенностей (электромагнитно-индуцированной прозрачности) в ячейках конечного размера // Журнал технической физики, 2008, том 78, вып.4, с.108-114.8. G.A.Kazakov, A.N. Litvinov, B.G. Matisov, I.E. Mazets. Resonance of coherent population trapping (electromagnetic-induced transparency) in finite-size cells // Journal of Technical Physics, 2008, Volume 78, Issue 4, pp. 108-114.

9. А.Н.Литвинов, Г.А.Казаков, Б.Г.Матисов, И.Е.Мазец. Двойной радиооптический резонанс в атомарных парах ⁸⁷Rb в ячейке с антирелаксационным стеночным покрытием // Журнал технической физики, 2009, том 79, вып.2, с.104-111.9. A.N. Litvinov, G.A. Kazakov, B.G. Matisov, I.E. Mazets. Double radio-optical resonance in atomic pairs of ⁸⁷ Rb in a cell with anti-relaxation wall coating // Journal of Technical Physics, 2009, Volume 79, Issue 2, pp. 104-111.

10. US 4405905, H03L 7/26, опубл. 20.09.1983.10. US 4405905, H03L 7/26, publ. 09/20/1983.

11. SU 445900 A1, G01N 27/72, G01V 3/14, опубл. 15.12.1974.11. SU 445900 A1, G01N 27/72, G01V 3/14, publ. 12/15/1974.

12. T. Bandi, С.Affolderbach, G. Mileti. Study of 0-0 hyperfine double-resonance transition in a wall-coated cell // EFTF 2010. 24^th European Frequency and Time Forum. Programme & abstract book. 13-16 April 2010, p.67.12. T. Bandi, C. Affolderbach, G. Mileti. Study of 0-0 hyperfine double-resonance transition in a wall-coated cell // EFTF 2010.24 ^th European Frequency and Time Forum. Program & abstract book. April 13-16, 2010, p. 67.

Claims

A rubidium absorption cell containing an evacuated closed glass bottle filled with ⁸⁷ Rb rubidium vapor, the inner surface of which is coated with an anti-relaxation coating, characterized in that tetracontane is used as the material of the anti-relaxation coating, while an additional buffer gas, nitrogen or neon, is introduced into the internal space of the cell, moreover, the nitrogen pressure is from 3 to 4 mm Hg, and the pressure of neon is from 12 to 17 mm Hg.