Водородный мазер - Hydrogen maser

Схема водородного мазера

А водородный мазер, также известный как водород стандарт частоты, это особый тип мазер который использует внутренние свойства водород атом, чтобы служить точным эталоном частоты.

И протон, и электрон атома водорода имеют спины. Атом имеет более высокую энергию, если оба вращаются в одном направлении, и более низкую энергию, если они вращаются в противоположных направлениях. Количество энергии, необходимое для обращения спина электрона, эквивалентно фотону на частоте 1,420,405,751.786 Гц,[1] что соответствует Линия 21 см в водородном спектре.

Водородные мазеры - очень сложные устройства и продаются по 235 000 долл. США.[2] Они бывают двух видов: активные и пассивные.

В обоих типах небольшая бутылка для хранения молекулярный водород, ЧАС
2, утечка контролируемого количества газа в разрядную лампу. В разрядной лампе молекулы диссоциируют на отдельные атомы водорода под действием электрической дуги. Этот атомарный водород проходит через коллиматор и селектор магнитного состояния. Таким образом, атомы выбираются для желаемого состояния и передаются в колбу для хранения. Накопительная лампа примерно 20 см высокий и 10 см в диаметре и сделаны из кварц. Его внутренняя часть покрыта PTFE, допуская множество столкновений атомов со стенкой без нарушения атомного состояния и замедляя рекомбинацию атомов водорода в молекулы водорода. Прочная технология покрытия колбы из ПТФЭ и лампы обеспечивает более 20-летний срок службы.[3] Накопительная лампа, в свою очередь, находится внутри микроволновая печь Изготовлен из точно обработанного медного или посеребренного керамического цилиндра. Этот резонатор настроен на 1,420 ГГц резонансная частота атомов.[4] Слабое статическое магнитное поле прикладывается соленоидом параллельно оси резонатора для подъема вырождение магнитного Zeeman подуровни.[5] Для уменьшения влияния изменения внешних магнитных полей на частоту переходной линии и обеспечения устойчивости к электромагнитным помехам полость окружена несколькими вложенными слоями экранов.[3]

В активном водородном мазере резонатор колеблется сам по себе. Для этого требуется более высокая плотность атомов водорода и более высокая фактор качества для полости. Однако с усовершенствованными микроволновыми резонаторами, изготовленными из посеребренной керамики, коэффициент усиления может быть намного выше, что требует меньшей плотности атомов водорода.[3] Активный мазер сложнее и дороже, но имеет лучшую краткосрочную и долгосрочную стабильность частоты.

В пассивном водородном мазере резонатор питается от внешнего 1,420 ГГц частота. Внешняя частота настраивается для получения максимального выхода в резонаторе. Это позволяет использовать более низкую плотность атомов водорода и более низкий коэффициент качества полости, что снижает стоимость.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Время и частота от А до Я: Ч". Физическая лаборатория. NIST. Водородный мазер. Получено 2010-04-06.
  2. ^ «Лист данных MHM 2010 Active Hydrogen Maser» (PDF). Симметричный. 2014. Получено 31 января 2016.
  3. ^ а б c «iMaser 3000». Архивировано из оригинал на 2010-03-23. Получено 2010-04-08.
  4. ^ «USNO, водородные мазеры». Военно-морская обсерватория США. Получено 31 января 2016. Накопительная колба представляет собой кварцевую колбу высотой около 20 см, покрытую изнутри тефлоном для контроля скорости рекомбинации атомов в молекулы. Кварцевая колба расположена в точно обработанном цилиндре из чистой меди, который действует как микроволновая резонаторная полость для частоты 1,420 ГГц водородной линии 21 см. Когда атомы попадают в резонансную полость, они обнаруживают, что другие атомы излучают, и падают в такт. Они «начинают разговаривать друг с другом» и повторяют то, что слышат. Это создает высококогерентные колебания. Это сигнал, по которому кварцевый генератор синхронизируется по фазе. Все это упаковано в шкафы с блоками питания, контролем температуры и магнитным экранированием.
  5. ^ США 5838206, "Мазерный атомный эталон частоты активного водорода" 

Библиография