SU1025306A1 - Квантовый дискриминатор - Google Patents

Abstract

КВАНТОВЫЙ ДИСКРИЩНАТОР на парах рубиди , включающий источник излучени ,  чейку-фильтр и  чейку поглощени , расположенную в резонаторе , термостат и фотодетектор, отличающийс  тем, что, с целью повышени  стабильности частоты при одновременном уменьшении габаритов , фотодетектор выполнен селективным на основе многослойного широкозонного полупроводника с электродами, ;причем один из электродов выполнен в виде решетки с шириной элемента, по крайней мере, на пор док меньшей; рабочей длины волны-резонатора и электрически соединен с внутренней стенкой резонатора со стороны выхода ;излучени ..

Description

Изобретение относитс  к квантовой радиофизике и может быть использовано в квантовых стандартах частоты и времени., ,

Известен дискриминатор на парах рубиди , содержа;щий источник оптической накачки,  чейку-фильтр сверхтонной . составл ющей спектра дл  создани  неравновесного состо ни  атомов. За

. чейкой-фильтром располагаетс   чейка поглощени , наход ща с  в СВЧ-резонаторе , в котором создаютс  услови  дл  взаимодействи  пол  резонатора и атомов, наход щихс  в неравновесном

состо нии .Лалее расположено устройство , регистрирующее изменение условий поглощени  в  чейке поглощени  фотодетектор . Така  констрзгкци  обладает тем недостатком, что стабильность частоты и вместе с ним параметр ,,

чества дискриминатора существенно зависит от условий накачки-температуры :лампы,  чейки-фильтра,  чейки поглощени , фотоприемника, а также имеет

Р большие габариты и массу. Уменьшение

00 габаритов приводит к существенному

СП снижению параметра качества дискрими 9 натора, особенно при совмещении  чейки-фильтра и  чейки поглощени .

з: Наиболее близким к предлагаемому йвл етс  квантовый дискриминатор на парах рубиди , включающий источник излучени ,  чейку-фильтр и  чейку по . глощендм, расположённзпо в резонаторе, ;термостат и фотодетектор. ;

Устройство содержит источник на парах ,, термостатированный хфи температзфе Т ,  чейку-фильтр с парами Rb gj, термостатированнзто при температуре Тг,  чейку поглощени  с. парами Rbg7 , термостатированную при температуре Т- и помещенную в СВ -резонатор. Недостатком известной конструкции  вл етс  невысока  стабильность часто ты, обусловленна  засветкой Фоторетек тора droHoBbiM излучением атомов Rb| и буферных газов, которое может соста л ть до 99,99% интенсивности светового излучени  лампы накачки и фильтруемого  чейкой-фильтррм. Это также преп тствует дальнейшей микроминиатюризации дискриминатора, снижает параметр качества и спектральные характеристики стандарта в целом. Целью изобретени   вл етс  повьтение стабильности частоты при-, одновре , менном уменьшении габаритов устройств Это достигаетс  тем, что в квантовом дискриминаторе на парах рубиди  содержащем источник излучени ,  чейку фильтр и  чейку поглощени , расположенную в резонаторе, термостат и Фото детектор, фотодетектор выполнен селек тивным на основе многослойного широко зонного полупроводника,с электродами, причем один из электродов выполнен в виде решетки с шириной элемента, по крайней мере, на пор док меньшей рабочей длины волны резонатора и электрически соединен с внутренней стенкой резонатора со стороны выхода оптического излучени . Ячейка-Фильтр может быть совмещена с  чейкой поглощени  и содержать смесь изотопов Rbjg и Rbj7« С целью расширени  зксплуатационного температурного диапазо на температура дискриминатора в целом или отдельных его элементов может быть повышена до 80-135 С. Фотодетектор выбран с максимумом фоточувствительности при рабочей температуре  чейки поглощени  на длине волны 780795 им и полушириной спектральной характеристики не более 40 нм. На Фиг. 1 показана конструкци  квантового дискриминатора; на фиг.2 спектральна  характеристика системы оптической индикации дискриминатора; на фиг. 3 - примеры конкретного выпол нени  фотодиода в резонаторе. Дискриминатор содержит лампу оптической накачки Т, за ней располагаетс   чейка-фильтр сверхтонкой составл ющей спектра 2,  чейка поглощени  3 фотодетектор 4, термостат 5 и резона тор 6, на стенке, которого расположен селективный фотодетектор. Ячейкафильтр и  чейка поглощени  помещены в магнитное поле дл  получени  сверхтонкой структурыспектра ив термостат , стабилизирующий температуру частей дискриминатора, Спектральна  характеристика системы оптической индикации дискриминатора включает линию перехода 5 S ,j 5 Pf/25 7 О ). линию перехода 52 S /2 y 3/}fS (А 780,0 нм) , линию фоновой засветки Хобычно Аг, Rb.j-Rb) 9, спектральн5то характеристику селективного фотодиода 10 Д- длину волны излучени , нм; S/S, относительную чувствительность фотодетектора; J/1 - ширину спектральной характеристики. На задней стенке резонатора помещен фотодетектор 4, который может быть, в частности, фотодиодом на основе твердого раствора в системе HaAs-AlAs и отделён от резонатора диэлектриком 11. Нижний электрод Фотодиода 12 имеет вывод к регистрирующей системе и включаетс  в нее в Фотодиодном или фоторезистивном режиме. Сам фотодиод сформирован, например, на подложке из HaAs п-типа проводимости 13, на которой расположен 1-й слой твердого раствора п-тйпа. проводимости 14 состава Па , на котором - второй слой твердого состава р-типа проводимости 15, причем х-у дл  формировани  спектральной характеристики заданной формы. Дл  эффективного разделени  генерированных светом носителей металлургическа  граница (р-п)-перехода должна отсто ть от границы гетероперехода не более, чем на диффузионную длину неосновных носителей зар да. Дл  формировани  узкой спектральной характеристики толщина верхнего сло  должна быть не меньше характеристической глубины проникновени  излучени  с длиной волны, соответствующей максимуму фоточувствительности минус А, в материал верхнего сло . Верхний, электрод фотодиода 16 выполнен в виде решетки с шириной элемента не менее , чем на пор док, меньший рабочей волны резонатора, электрически соединен с ним и выполн ет функцию его задней стенки. Ячейка поглощени  может быть совмещена с . чейкой-Фильтром и заполнена смесью изотопов Rb с и Rbj-,. Работа квантового дискриминатора основана на двойном радиооптическом резонансном поглощении света с плино волньгЛо, 794, 7 нм (5 -г. 5 Р// ) 780,0 нм (./. 52,. ) 0 переходов с т 0, слабо завис гаих от магнитного пол . Дл  получени  неравновесного состо ни  атомов НЬ«используетс  накачка от лампы с пара ми Rb|7 (иногда их смесь с Rbjj-), .фильтр с парами Rbj. Состав слоев ; твердого раствора CaAlAs (х и у) выбираетс  с таким расчетом, чтобы .. свет с длиной волны Л - j- ностью поглощалс  в верхнем слое на рассто нии, большем диффузионной дли ны электронов от р-п-перехода ( /, длина волны максимальной чувствитель ности 780 нм Л а 795 нм), а свет с длиной волны А Л + -- проходил через (р-п)-переход и поглощалс  на рассто нии, большем диффузионной дли ны дырок от перехода. Таким образом вклад в фототок будут вносить носите генерированные светом с длиной волны . i А . Как показаДо - Т ли исследовани , наиболее эффективна ( фильтраци  происходит при нм Использование селективного фотоде тектора на основе широкозонного полу проводника позвол ет существенно повысить стабильность частоты, парамет качества дискриминатора и уменьшить габариты устройства за счет введени  фотодетектора непосредственно в резонатор и совмещени   чейки-фильтра и  чейки поглощени . Термостатирование фотодетектора в данном случае необходимо дл  стабилизации его спектральной характеристики, температурный уход которой из-за малой ее ширины существенно вли ет на параметры дис- . криминатора. Использование дл  Лотодетектора широкозонного полупроводникового материала, например OaAlAs, ; .позвол ет расширить его температурный диапазон до 120-150 Г, повысить температуру элементов дискриминатора или Bcejo устройства в целом на 10-80 С выше общеприн той (до ) и примен ть один термостат на  чейку поглощени  и фотоприемник, или на  чейку-фильтр ,  чейку поглощени  и фотоприемник , или на весь дискриминатор .в целом или на дискриминатор и кварцевый генератор, подстраиваемый по квантовому д скриминатору. I ., Использование дл  оптической инди-. кации приемника с узкой спектральной характеристикой позвол ет повысить эффективность индикации поглощени  полезной составл ющей светового потока от источника излучени  без з еньшени  чувствительности, повысить стабильность частоты, .параметр качества дискриминатора за счет увеличени  отношени  сигнал-шум, уменьшить рабочий объем дискриминатора, увеличить рабочую ,температуру элементов дискриминат тора.

fpual

Claims (1)

1. КВАНТОВЫЙ ДИСКРИМИНАТОР на парах рубидия, включающий источник излучения, ячейку-фильтр и ячейку поглощения, расположенную в резонатор ре, термостат и фотодетектор, о тличающийся тем, что, с целью повышения стабильности частоты при одновременном уменьшении габаритов, фотодетектор выполнен селективным на основе многослойного широкозон· ного полупроводника с электродами, причем один из электродов выполнен в виде решетки с шириной элемента, по крайней мере, на порядок меньшей; рабочей длины волны резонатора и электрически соединен с внутренней стенкой резонатора со стороны выхода излучения. о ^Λ . «е (Л с: