Большая энциклопедия онлайн
Квантовые часы, устройство для точного измерения

Квантовые часы

Ква'нтовые часы', устройство для точного измерения времени, основной частью которого является квантовый стандарт частоты. Роль «маятника» в К. ч. играют атомы. Частота, излучаемая или поглощаемая атомами при их квантовых переходах из одного энергетического состояния в другое, регулирует ход К. ч. Эта частота настолько стабильна, что К. ч. позволяют измерять время точнее, чем астрономические методы (см. Время). К. ч. часто называют атомными часами.

  К. ч. применяются в системах радионавигации, в астрономических обсерваториях, в исследовательских и контрольно-измерительных лабораториях и т.п., заменяя собой менее совершенные кварцевые часы.

  Сигналы квантовых стандартов частоты сами по себе не могут быть использованы для вращения часового механизма, т.к. мощность этих сигналов ничтожно мала, а частота колебаний, как правило, весьма высока и имеет нецелочисленное значение (например мощность атомного водородного генератора составляет 10–11—10–12 вт,а частота равна 1420,406 Мгц). Это затрудняет непосредственное использование квантовых стандартов частоты в службе времени, в различных навигационных системах, а также в лабораторной практике. В этих случаях более удобно иметь набор (сетку) стандартных высокостабильных частот: 1 кгц, 10 кгц,100 кгц, 1 Мгц и т.д. при высокой мощности выходного сигнала. Поэтому К. ч., помимо квантового стандарта частоты, содержат специальные радиотехнические устройства, формирующие такую сетку частот и обеспечивающие вращение стрелок часов (или смену цифр на их циферблате) и выдачу сигналов точного времени.

  Большинство К. ч. содержит вспомогательный кварцевый генератор. Из-за изменения частоты кварцевого генератора во времени (старения) точность базирующихся на нём кварцевых часов была бы сама по себе недостаточно высока. В К. ч. частота кварцевого генератора контролируется с помощью квантового стандарта частоты, благодаря чему точность часов повышается до уровня точности самого квантового стандарта. Однако введение периодических поправок оператором не всегда удобно. Для некоторых устройств, в частности навигационных, более рационально повышение стабильности частоты кварцевого генератора с помощью автоматической подстройки его частоты к частоте квантового стандарта.

  В одном из вариантов такой подстройки (фазовая автоподстройка частоты, рис. 1 ) частота nкв кварцевого генератора (обычно ~ 10—20 Мгц) умножается радиотехническими средствами в нужное число (n) раз и в смесителе вычитается из частоты квантового стандарта nст. Подбором конкретных значений nкв и n разностную частоту D = (nстпnкв) можно сделать приблизительно равной частоте кварцевого генератора: nкв = (nстnn).

  После усиления сигнал разностной частоты (nстnn) подаётся на один вход фазового детектора, а на другой его вход подаются колебания кварцевого генератора. Фазовый детектор вырабатывает напряжение, величина и знак которого зависят от отклонения разностной частоты D и частоты кварцевого генератора nкв друг от друга. Это напряжение подаётся затем на блок управления частотой кварцевого генератора и вызывает сдвиг частоты генератора, который компенсирует отклонение nкв от разностной частоты D. Т. о., любое изменение частоты кварцевого генератора вызывает появление на выходе блока управления напряжения соответствующей величины и знака, сдвигающего частоту в обратном направлении. Поэтому частота кварцевого генератора автоматически поддерживается неизменной. В результате стабильность его частоты становится практически равной стабильности частоты квантового стандарта. Синтезатор частот формирует из сигнала кварцевого генератора сетки столь же точных стандартных частот. Одна из них служит для питания электрических часов, а остальные используются для метрологических и др. целей.

  Погрешность хода лучших К. ч. такого типа при тщательном изготовлении и настройке составляет не более 1 сек за несколько тыс. лет. Первые К. ч. были созданы в 1957. Стандартом частоты в них служил молекулярный генератор на пучке молекул аммиака. Созданные позднее К. ч., в которых используется квантовый стандарт частоты с пучком атомов цезия, не нуждаются в калибровке по эталону, т.к. номинальное значение опорной частоты может быть установлено на основе манипуляций в самом приборе. Недостатки этих К. ч. — большой вес и чувствительность к вибрациям. В К. ч. другого типа (наиболее распространённых) применяется рубидиевый стандарт частоты с оптической накачкой. Они легче, компактнее, не боятся вибраций, но нуждаются в калибровке, после чего они поддерживают установленное значение частоты с погрешностью порядка 10–11 в течение года.

  Основной частью рубидиевых К. ч. является специальный радиоспектроскоп с оптической накачкой и оптической индикацией, фиксирующий спектральную линию изотопа 87Rb, лежащую в диапазоне СВЧ. Спектроскоп содержит объёмный резонатор 3, в котором находится колба 2 с парами изотопа 87Rb (рис. 2 ) при давлении 10–6 мм рт.ст. Резонатор настроен на частоту спектральной линии 87Rb, равную 6835 Мгц. Чувствительность обычного радиоспектроскопа недостаточна для того, чтобы зафиксировать радиочастотную линию 87Rb. Для увеличения чувствительности используются оптическая накачка паров 87Rb и оптическая индикация спектральной линии. На атомы 87Rb направляется свет, частота которого совпадает с частотой др. спектральной линии 87Rb, лежащей в оптическом диапазоне. Газоразрядная лампа 1 низкого давления с парами 87Rb освещает колбу. Свет, прошедший сквозь колбу, попадает на фотоприёмник (например, фотоэлектронный умножитель). Под действием света рубидиевой лампы (накачка) атомы 87Rb возбуждаются, т. е. переходят из состояния с энергией E2 в состояние с энергией E3 (рис. 3 ). Если интенсивность света достаточно высока, то наступает насыщение — число атомов, находящихся в состояниях E2 и E3, становится одинаковым. При этом поглощение света в парах уменьшается (т.к. число невозбуждённых частиц на уровне E2, способных поглощать кванты света, уменьшается) и пары 87Rb становятся прозрачнее, чем они были бы при воздействии на них накачки. Если одновременно с накачкой пары 87Rb облучить радиоволной, частота которой равна частоте спектральной линии, лежащей в диапазоне СВЧ и соответствующей переходам атомов 87Rb между уровнями E1 и E2, то, поглощаясь, она переводит атомы 87Rb с уровня E1 на уровень E2 (рис. 3 ). Такая радиоволна будет препятствовать насыщающему действию световой волны, в результате чего поглощение света в парах 87Rb увеличится. Т. о., измеряя при помощи фотоприёмника интенсивность света, прошедшего через колбу с пара'ми 87Rb, можно точно определить, действуют ли одновременно на эти пары свет с частотой, соответствующей переходу E2 ®E3, и радиоволна с частотой перехода E1 ®E2. Источником радиоволны служит кварцевый генератор, возбуждающий в резонаторе электромагнитное поле резонансной частоты. Если плавно изменять частоту генератора, то в момент её совпадения с частотой радиоспектральной линии 87Rb интенсивность света, попадающего на фотоприёмник, резко уменьшится.

  Зависимость интенсивности света, прошедшего через пары' 87Rb, от частоты радиоволны используется для автоматической подстройки частоты колебаний кварцевого генератора по частоте радиоспектральной линии. Колебания кварцевого генератора модулируются по фазе при помощи вспомогательного генератора низкой частоты (см. Модуляция колебаний,Фазовая модуляция). Поэтому свет, проходящий через колбу, оказывается модулированным по интенсивности той же низкой частотой. Модуляция света тем сильнее, чем точнее совпадает частота электромагнитного поля в резонаторе с частотой радиоспектральной линии 87Rb. Электрический сигнал фотоприёмника после усиления подаётся на фазовый детектор, на который поступает также сигнал непосредственно от низкочастотного генератора. Амплитуда выходного сигнала фазового детектора тем больше, чем меньше разность частот (расстройка) частоты спектральной линии и поля резонатора. Этот сигнал подаётся на элемент, изменяющий частоту кварцевого генератора, и поддерживает её значение таким, чтобы оно точно совпадало с вершиной спектральной линии 87Rb.

  Точность рубидиевых К. ч. определяется главным образом шириной радиоспектральной линии 87Rb. Основной причиной, приводящей к уширению спектральных линий газов (паров) при низких давлениях, является Доплера эффект. Для уменьшения его влияния в колбу с парами 87Rb добавляется буферный газ (при давлении несколько мм рт.ст.). Атомы 87Rb, сталкиваясь с атомами буферного газа, оказываются как бы зажатыми между ними и совершают быстрые хаотические движения, оставаясь в среднем почти на одном месте, лишь медленно диффундируя внутри колбы. В результате спектральная линия приобретает вид узкого пика на широком низком пьедестале. Ширина и положение этого пика зависят от состава буферного газа. Например, смесь из 50% неона и 50% аргона позволяет свести ширину спектрального пика Примерно до 100 гц, причём его положение смещается лишь на 0,02 гц при изменении температуры на 1°С или давления на 1 мм рт.см.

  Точность рубидиевых К. ч. обусловлена также постоянством интенсивности света лампы накачки, поэтому применяются системы автоматического регулирования интенсивности. Возможно создание рубидиевых К. ч., в которых вместо описанной системы оптической индикации используется квантовый генератор с парами рубидия. В этих К. ч. применяются настолько интенсивная оптическая накачка и резонатор со столь высокой добротностью, что в нём выполняются условия самовозбуждения. При этом пары 87Rb, наполняющие колбу внутри резонатора, излучают электромагнитные волны на частоте 6835 Мгц. Радиосхема таких К. ч. также содержит кварцевый генератор и синтезатор, но в отличие от предыдущего частота кварцевого генератора управляется системой фазовой автоподстройки, в которой опорной является частота сигнала рубидиевого генератора.

  Лит.: Квантовая электроника. Маленькая энциклопедия, М., 1969, с. 35, 241; Григорьянц В. В., Жаботинский М. Е., Золин В. Ф., Квантовые стандарты частоты, М., 1968, с. 171.

  М. Е. Жаботинский.

Большая Советская Энциклопедия (КВ)

Рис. 1. Блок-схема квантовых часов с фазовой автоматической подстройкой частоты.

Большая 
Советская Энциклопедия (КВ)

Рис. 3. Схема рубидиевого стандарта частоты с оптической накачкой: 1 — лампа, освещающая колбу 2, наполненную парами 87Rb; 3 — объёмный резонатор; 4 — фотодетектор; 5 — усилитель низкой частоты; 6 — фазовый детектор; 7 — генератор низкой частоты; 8 — кварцевый генератор; 9 — умножитель частоты.

Большая 
Советская Энциклопедия (КВ)

Рис. 4. Уровни энергии атомов 87Rb, используемые в рубидиевых часах.

Большая 
Советская Энциклопедия (КВ)

Рис. 2. Первые квантовые часы, построенные в Национальном бюро стандартов США, с молекулярным аммиачным генератором в качестве квантового стандарта частоты.

источник: Большая Советская Энциклопедия

Искать информацию по запросу: Квантовые на eBay аукцион * на аукционе EnterCenter * в магазине Озоне
Search All Ebay* AU* AT* BE* CA* FR* DE* IN* IE* IT* MY* NL* PL* SG* ES* CH* UK*
Lot of 10 Antique Collectible Vintage Old Rare Hard To Find Books *MIX UNSORTED*

$100.00
End Date: Monday Jun-24-2019 19:42:26 PDT
Buy It Now for only: $100.00
|
The Shining by Stephen King (1977) 4th Printing Hardcover Novel (S14)

$25.95
End Date: Saturday Jun-15-2019 13:19:28 PDT
Buy It Now for only: $25.95
|
Lot of 10 Vintage Old Antique Hardcover Books - Mixed Color - Random/Unsorted

$45.00
End Date: Saturday Jun-1-2019 8:49:51 PDT
Buy It Now for only: $45.00
|
Necronomicon Pop Up Book Earth Dweller Edition Skinner Lovecraft Cthulhu 

$39.95
End Date: Saturday Jun-22-2019 7:40:29 PDT
Buy It Now for only: $39.95
|
Search All Amazon* UK* DE* FR* JP* CA* CN* IT* ES* IN* BR* MX
Search Results from «Озон» Энциклопедии
 
Ежегодник Большой Советской Энциклопедии. Выпуск 19
Ежегодник Большой Советской Энциклопедии. Выпуск 19
Ежегодник 1975 года - девятнадцатый выпуск в серии Ежегодников Большой Советской Энциклопедии. Как и предшествующие ему выпуски, он посвящен событиям истекшего года: изменениям в политике и экономике всех стран мира, культурной жизни, последним достижениям науки и техники и т. д. Будучи таким образом летописью года, Ежегодник может служить своеобразным путеводителем в быстро меняющемся современном мире.

В Ежегоднике 1975 года сохранены все разделы, ставшие постоянными в этой книге: о Советском Союзе, союзных и автономных советских республиках; о зарубежных странах; о международных организациях, обзоры экономики социалистических стран и стран капиталистического мира; обзор массового движения трудящихся капиталистических стран; раздел о развитии связен между коммунистическими и рабочими партиями; разделы о науке и технике; информация о международной культурной и спортивной жизни; биографические справки и др.

Сообщаемые в Ежегоднике 1975 года сведения ограничены, как правило, хронологическими рамками 1974 года. Некоторые цифры, опубликованные в предыдущих выпусках, изменены, так как они уточнялись. Данные за 1974 год в ряде случаев предварительные. В основу экономических показателей для СССР и союзных республик положены материалы Центральных статистических управлений при Совете Министров СССР и Советах Министров союзных республик, для зарубежных стран - официальные национальные статистические и другие справочные издания, а также публикации ООН. Сведения о здравоохранении, народном образовании, печати и транспорте в союзных советских республиках помещены в соответствующих разделах статьи "СССР".

Как и ранее, благодаря содействию организаций ряда социалистических стран, обществ "Бельгия - СССР", "Италия - СССР", "Финляндия - СССР", "Швеция- СССР", Института культурных связей "Бразилия - СССР", а также отдельных организаций и лиц из зарубежных стран, редакции Энциклопедии "Британика" в Ежегоднике помещены статьи, знакомящие с культурной жизнью соответствующих стран.

...

Цена:
192 руб

 Открытия и изобретения Inventions and Discoveries
Открытия и изобретения
Мир сегодня был бы совсем другим, если бы не тяга человека к познанию, к совершению открытий и если бы не его способность применить эти знания на деле, создавая удивительные изобретения. С древних времен и до наших дней человеческий ум породил такое количество поразительных устройств, механизмов, технологий, что даже для простого их перечисления потребуется немало времени. Эта книга расскажет детям о самых значащих для развития человечества открытиях и изобретениях, без которых история пошла бы по совсем другому пути, и без которых мы не мыслим свою жизнь. На страницах книги читателя ждет множество интересных фактов, а также выразительные иллюстрации и фотографии....

Цена:
237 руб

А. О. Чубарьян Российская историческая энциклопедия. Том 3. Благосветлов - великое княжество финляндское
Российская историческая энциклопедия. Том 3. Благосветлов - великое княжество финляндское
Многотомная Российская историческая энциклопедия подготовлена коллективом авторов Института всеобщей истории Российской академии наук.

 Цель издания - представить читателям современный, избавленный от идеологических стереотипов взгляд на мировую и российскую историю, соответствующий достижениям российской и мировой исторической науки последних лет. Перед читателем предстанет глубокая, научно обоснованная и одновременно увлекательная история человечества, в центре которой находится человек.


Энциклопедия адресована самому широкому кругу читателей - научному сообществу, преподавателям, учащимся и всем, кто интересуется историей....

Цена:
1323 руб

Бернар Вербер Книга, которую читают все
Книга, которую читают все
От законов Мерфи до четырех уровней любви. От храма Соломона до феноменальных пророчеств великих людей. От "состава" души до брака по расчету. Самый популярный французский писатель Бернар Вербер откроет вам 384 неожиданных истины! Расскажет от стратегиях манипулирования людьми и собственных рецептах творчества. И наконец-то обратится к вам с "неожиданной просьбой"....

Цена:
286 руб

 Российская цивилизация. Энциклопедический словарь
Российская цивилизация. Энциклопедический словарь
В книге "Российская цивилизация. Энциклопедический словарь" раскрываются важнейшие характеристики полиэтнической и поликонфессиональной российской цивилизации, веками складывавшейся евразийской социокультурной общности. Большое внимание уделяется специфическим чертам российской цивилизации, которые проявляются в менталитете, культурных, этнических и конфессиональных особенностях, в специфике экономической и политической жизни, общественной мысли, идеологии и т.д. Издание содержит также статьи исторического и методологического характера, показывающие значение российской цивилизации в мировой истории и помогающие понять ее современные особенности.

Словарь рассчитан на широкие круги читателей....

Цена:
243 руб

Ежегодник Большой Советской Энциклопедии. Выпуск 20
Ежегодник Большой Советской Энциклопедии. Выпуск 20
Ежегодник 1976 года - двадцатый выпуск в серии Ежегодников Большой Советской Энциклопедии. Как и предшествующие ему выпуски, он посвящен событиям истекшего года: изменениям в политике и экономике всех стран мира, культурной жизни, последним достижениям науки и техники и т. д. Будучи таким образом летописью года, Ежегодник может служить своеобразным путеводителем в быстро меняющемся современном мире.

В Ежегоднике 1976 года сохранены все разделы, ставшие постоянными в этой книге: о Советском Союзе, союзных и автономных советских республиках; о зарубежных странах; о международных организациях, обзоры экономики социалистических стран и стран капиталистического мира; обзор массового движения трудящихся капиталистических стран; раздел о развитии связей между коммунистическими и рабочими партиями; разделы о науке и технике; информация о международной культурной и спортивной жизни; биографические справки и др.

Сообщаемые в Ежегоднике 1976 года сведения ограничены, как правило, хронологическими рамками 1975 года. Некоторые цифры, опубликованные в предыдущих выпусках, изменены, так как они уточнялись. Данные за 1975 год в ряде случаев предварительные. В основу экономических показателей для СССР и союзных республик положены материалы Центральных статистических управлений при Совете Министров СССР и Советах Министров союзных республик, для зарубежных стран - официальные национальные статистические и другие справочные издания, а также публикации ООН. Сведения о здравоохранении, народном образовании, печати и транспорте в союзных советских республиках помещены в соответствующих разделах статьи "СССР".

Как и ранее, благодаря содействию организаций ряда социалистических стран, обществ "Австрия - СССР", "Италия - СССР", "Нидерланды - СССР", "Финляндия - СССР", "Швеция - СССР", Института культурных связей "Бразилия - СССР", а также отдельных организаций и лиц из зарубежных стран в Ежегоднике помещены статьи, знакомящие с культурной жизнью соответствующих стран....

Цена:
521 руб

Ежегодник Большой Советской Энциклопедии. Выпуск 24
Ежегодник Большой Советской Энциклопедии. Выпуск 24
Ежегодник 1980 года - двадцать четвертый выпуск в серии Ежегодников Большой Советской Энциклопедии. Как и предшествующие ему выпуски, он посвящен событиям истекшего года: изменениям в политике и экономике всех стран мира, культурной жизни, последним достижениям науки и техники и т. д. Будучи, таким образом, летописью года, Ежегодник может служить своеобразным путеводителем в быстро меняющемся современном мире.
В Ежегоднике 1980 года сохранены все разделы, ставшие постоянными в этой книге: о Советском Союзе, союзных и автономных советских республиках; о зарубежных странах; о международных организациях; обзоры экономики социалистических стран и стран капиталистического мира; обзор массового движения трудящихся капиталистических стран; раздел о развитии связей между коммунистическими и рабочими партиями; разделы о науке и технике; о международной культурной и спортивной жизни; биографические справки и др.
Сообщаемые в Ежегоднике 1980 года сведения ограничены, как правило, хронологическими рамками 1979 года. Некоторые цифры, опубликованные в предыдущих выпусках, изменены, так как они уточнялись. Данные за 1979 год в ряде случаев предварительные. В основу экономических показателей для СССР и союзных республик положены материалы Центральных статистических управлений СССР и союзных республик, для зарубежных стран - официальные национальные статистические и другие справочные издания, а также публикации ООН. Сведения о здравоохранении, народном образовании, печати и транспорте в союзных советских республиках помещены в соответствующих разделах статьи "СССР".
Как и ранее, благодаря содействию организаций ряда социалистических стран, обществ "Австрия - СССР", "Бельгия - СССР", "Италия - СССР", "Финляндия - СССР", а также отдельных организаций и лиц из зарубежных стран в Ежегоднике помещены статьи, знакомящие с культурной жизнью соответствующих стран....

Цена:
183 руб

Большой энциклопедический словарь
Большой энциклопедический словарь
Большой энциклопедический словарь (БЭС) - универсальное справочное издание, охватывающее все области современного значения. Второе существенно обновленное издание содержит около 80000 статей, в том числе прилизительно 20000 биографий....

Цена:
1412 руб

100 великих сокровищ России
100 великих сокровищ России
Национальное достояние России... Московский Кремль и Алмазный фонд, Третьяковская галерея и Эрмитаж, Медный всадник и Мамаев курган. И разве не величайшими сокровищами являются святыни православной церкви, произведения Рублева и Дионисия, монастыри и церкви? Или высшие награды нашего отечества, отмечавшие выдающиеся достижения наших сограждан? Наконец, среди них - и подлинные природные сокровища нашей страны, такие как Волга и Байкал....

Цена:
164 руб

 Новая Российская энциклопедия. В 12 томах. Том 6 (1). Дрейк - Зеленьский
Новая Российская энциклопедия. В 12 томах. Том 6 (1). Дрейк - Зеленьский
Новая Российская энциклопедия (НРЭ) - фундаментальное универсальное справочно-информационное издание, представляющее читателям картину мира, отражающую современное состояние научного знания.
Алфавитную часть энциклопедии открывает второй том. Всего в энциклопедии будет опубликовано свыше 60000 статей, в т.ч. около 30000 биографий, более 10000 иллюстраций, карт, диаграмм, схем и таблиц.

Новая Российская энциклопедия ориентирована на широкие круги читателей: от школьников и студентов до специалистов по различным отраслям знаний, деятелей культуры, политиков, предпринимателей....

Цена:
3441 руб

2007 Copyright © EduSPB.ru Мобильная Версия v.2015 | PeterLife и компания
Пользовательское соглашение использование материалов сайта разрешено с активной ссылкой на сайт
Угостить администратора сайта, чашечкой кофе *https://paypal.me/peterlife
Rambler's Top100 Яндекс цитирования Яндекс.Метрика