Исследование и разработка источника оптического излучения на основе газоразрядной лампы с парами рубидия в квантовых стандартах частоты

• Автор: Калиниченко, Юрий Николаевич
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 157 с. : ил.

Оглавление:
Глава 1. Обзор разработок и способов стабилизации параметров современных источников излучения в составе квантовых стандартов частоты
1.1 Краткое изложение физических основ, заложенных в принцип действия квантового стандарта частоты
1.2 Современное состояние разработок КСЧ
1.3 Анализ особенностей использования и конструкций источников излучения в квантовых стандартах частоты
1.4 Способы стабилизации потока излучения источника излучения
1.5 Постановка задачи исследований
1.6 Выводы
Глава 2. Исследование и оптимизация элементов источника излучения на основе безэлектродной газоразрядной лампы
2.1 Принципы построения генератора возбуждения разряда
2.1.1 Схема замещения транзистора и ее параметры
2.1.2 Представление пассивных цепей автогенератора
2.2 Связь процессов в газовом разряде с макроскопическими параметрами плазмы
2.3 Исследование колебательного контура
2.4 Особенности работы емкостного способа возбуждения разряда с асимметричной конфигурацией электродов
2.5 Создание модели источника излучения
2.6 Выводы
Глава 3. Экспериментальное исследование источников излучения для
квантовых стандартов частоты
3.1 Исследование работы источника в используемом спектральном диапазоне

3.2 Методика настройки генератора возбуждения разряда
3.3 Методика энергетического расчета физического блока квантового стандарта частоты
3.3.1 Выбор параметров газовой ячейки
3.3.2 Расчет чувствительности квантового дискриминатора
3.4 Создание нового источника излучения для использования в квантовых стандартах частоты
3.5 Описание особенностей работы фотоприемного узла в квантовых стандартах частоты
3.6 Выводы
Глава 4. Экспериментальное исследование характеристик стабильности источника излучения
4.1 Изучение характеристик, связанных с выходом источников в рабочее состояние
4.2 Изучение флуктуаций излучения спектральных источников
4.3 Изучение долговременного дрейфа спектральных источников
4.4 Изучение влияния воздействия окружающей температуры на работу источников в составе стенда
4.5 Выводы
Заключение
Литература
Приложение А
Приложение Б
Приложение В

Газоразрядные источники оптического излучения на основе высокочастотного безэлектродного разряда в парах металла широко используются в различных областях науки и техники. Одним из важных направлений применения является их использование в пассивных квантовых стандартах частоты (КСЧ) на основе паров щелочных металлов, в частности рубидия. В настоящее время в КСЧ достигнута наивысшая стабильность и воспроизводимость частоты, что позволяет их использовать в составе современных систем навигации, синхронизации и связи коммерческого и военного назначения как источники сигнала опорной частоты, а также в качестве эталона времени и частоты. Требования к характеристикам этих систем постоянно растут, что предполагает совершенствование и улучшение применяемых в КСЧ элементов. В КСЧ осуществляется стабилизация кварцевого генератора по частоте атомного перехода[1, 2]. Одним из узлов КСЧ, определяющих в значительной степени, как его кратковременную нестабильность, так и долговременный дрейф, является газоразрядный источник излучения (ИИ), используемый в составе физического блока КСЧ для реализации принципа радиооптического резонанса. Поэтому к ИИ предъявляются повышенные требования по стабильности потока излучения. Применение для оптической накачки излучения газоразрядного источника не является единственным возможным вариантом построения подобных систем, однако, по совокупности всех предъявляемых требований по устойчивости, надежности и стабильности, исследуемый тип КСЧ и ИИ в его составе сможет обеспечить длительный срок службы и жесткие условия эксплуатации. Работа по изучению особенностей процессов, происходящих в ИИ на основе газоразрядной лампы с парами рубидия в квантовых стандартах частоты является важной и актуальной.

составлению электрической схемы эквивалентной используемому колебательному контуру.
Использование колебательного контура для создания условий возбуждения разряда обосновано особенностями работы колебательного контура под действием синусоидального напряжения. Установлено, что для возбуждения разряда, в том числе и емкостного типа, необходимо повышенное переменное напряжение на возбуждающем элементе. В работе [38] при анализе работы колебательного контура, состоящего из последовательно включенных индуктивности и емкости приводится решение уравнения этой цепи и выражение для установившегося переменного тока, протекающего в цепи:
/ ~1т(1 -е~8'*)вп(Ш+ у/), (2.18)
где 1т - амплитуда тока; 5 = г/2Ь; Ц) - начальная фаза. Откуда напряжение в точке соединения индуктивности и емкости становится равным:
1 *
и = — »—(1 - е~8‘)со$(аХ + у/). (2.19)
С 0 соС
при этом амплитуда установившегося напряжения ^т , что
соС тС ■ I
при небольшом реактивном сопротивлении конденсатора дает значительно большее напряжение на электроде конденсатора, чем амплитуда переменного напряжения, прикладываемого к контуру.
Особенностью работы на высоких частотах является учет паразитных составляющих и связей конструкции, влияние которых на более низких частотах незначительно и им можно пренебречь. У каждого из трех используемых в контуре составляющих - катушки индуктивности, конденсатора и спектральной лалЙа существуют свои паразитные элементы, носящие активный и реактивный характер. Общим принципом составления модели будет замена распределенных параметров компонентов