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*
Vintage books - Serving the Republic - First Edition

$29.99
End Date: Monday Jan-7-2019 22:25:34 PST
Buy It Now for only: $29.99
|
A Christmas Carol Dickens New Illustrated Deluxe Hardcover Slipcase Gift Edition

$9.99
End Date: Sunday Jan-13-2019 9:05:25 PST
Buy It Now for only: $9.99
|
Cities Of The Plain HC 1st Edition Cormac McCarthy 1998

$49.99
End Date: Monday Dec-31-2018 20:14:32 PST
Buy It Now for only: $49.99
|
Dickens A CHRISTMAS CAROL - Top-Quality Facsimile of 1843 1st Edition With Case!

$18.00
End Date: Sunday Jan-13-2019 18:08:24 PST
Buy It Now for only: $18.00
|
Search All Amazon* UK* DE* FR* JP* CA* CN* IT* ES* IN* BR* MX
Search Results from «Озон» Энциклопедии
 
Энциклопедия пиратов
Энциклопедия пиратов
Во все времена пираты притягивали к себе всеобщее внимание. В предлагаемой вниманию читателей `Энциклопедии пиратов` рассказывается о людях, бывших и моряками, и разбойниками, в ней описывается морская и пиратская культура, методы захвата и дележа добычи,в нее включены данные об истории пиратства и самых известных пиратских вожаках....

Цена:
309 руб

Большой энциклопедический кроссвордный словарь
Большой энциклопедический кроссвордный словарь
Словарь составлен из более 30 тысяч слов (нарицательных существительных в единственном числе, а также аналогичных распространенных существительных, не имеющих формы единственного числа, и названий народов мира), которые содержат в себе от 2 до 27 букв. Принцип решения и составления кроссвордов основан на использовании букв - подсказок - одной (в любом месте слова) или двух (в различных комбинациях). Словарь предназначен для решения и составления кроссвордов средней сложности, а также для выполнения заданий, связанных с местоположением буквы в слове....

Цена:
699 руб

 Россия: Уникальная иллюстрированная энциклопедия
Россия: Уникальная иллюстрированная энциклопедия
Энциклопедия включает статьи по различным областям знаний - по истории, географии, науке, культуре и многому другому. Книга прекрасно иллюстрирована.

Предназначена для широкого круга читателей....

Цена:
959 руб

Сильвия Аутиери, Франческа Кьяппони Детская энциклопедия. 5000 важных событий и интересных фактов
Детская энциклопедия. 5000 важных событий и интересных фактов
Все дети, а тем более их родители, мечтают найти книгу, которая в простой и увлекательной форме рассказывала бы обо всём на свете. В этой детской энциклопедии вы найдёте тысячи невероятных фактов и сотни великолепных иллюстраций к ним!
Эта книга содержит разделы о происхождении и устройстве безграничной Вселенной и Земли, а также о странах и народах, населяющих нашу планету.
Она раскрывает тайны мира животных, рассказывает о жизни величайших людей мира, знакомите самыми важными и загадочными событиями в истории человечества. Вы узнаете о наиболее выдающихся достижениях в области искусства, архитектуры и науки.

Эта детская энциклопедия будет увлекательным и полезным чтением для каждого ребёнка!...

Цена:
629 руб

Чубарьян А. О. и др Российская историческая энциклопедия. Том 2
Российская историческая энциклопедия. Том 2
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:
1016 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:
1149 руб

Энциклопедический словарь Брокгауз и Ефрон. Биографии. Комплект из 5 томов. Том 4
Энциклопедический словарь Брокгауз и Ефрон. Биографии. Комплект из 5 томов. Том 4
Издание 1993 года. Сохранность хорошая.
Настоящее издание - репринтное воспроизведение биографических статей из "Энциклопедического словаря", выпущенных в конце XIX - начале XX веков издательской фирмой "Брокгауз - Ефрон". В нем около 40 тысяч статей о выдающихся людях всех времен и народов, в т. ч. о династиях, знатных родах, фамилиях. Издание иллюстрировано портретами крупнейших исторических деятелей, снабжено таблицей автографов и др. справочными материалами.
Том 4: Герарди - Дюма.
Ответственные редакторы издания - В. М. Карев, М. Н. Хитров....

Цена:
434 руб

Ежегодник Большой Советской Энциклопедии. Выпуск 18
Ежегодник Большой Советской Энциклопедии. Выпуск 18
Ежегодник 1974 года - восемнадцатый выпуск в серии Ежегодников Большой Светской Энциклопедии.
Он посвящен событиям истекшего года: изменениям в политике и экономике всех стран мира, культурной жизни, последним достижениям науки и техники и т.д.
Сообщаемые в Ежегоднике 1974 года сведения ограничены , как правило, хронологическими рамками 1973 года....

Цена:
292 руб

Ежегодник Большой Советской Энциклопедии. Выпуск 29
Ежегодник Большой Советской Энциклопедии. Выпуск 29
Ежегодник 1985 года - двадцать девятый 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 1985 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, развитых капиталистических и развивающихся стран; обзор массового движения трудящихся капиталистических государств; раздел о развитии связей между коммунистическими и рабочими партиями; разделы о науке и технике; о международной спортивной жизни; биографические справки и др.

Сообщаемые в Ежегоднике 1985 года сведения ограничены, как правило, хронологическими рамками 1984 года. Некоторые цифры, опубликованные в предыдущих выпусках, изменены, так как они уточнялись. Данные за 1984 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", "Франция-СССР", а также отдельных организаций и лиц из зарубежных стран в Ежегоднике помещены статьи, знакомящие с культурной жизнью соответствующих стран....

Цена:
329 руб

Ежегодник Большой Советской Энциклопедии. Выпуск 28
Ежегодник Большой Советской Энциклопедии. Выпуск 28
Ежегодник 1984 года - двадцать восьмой выпуск в серии Ежегодников Большой Советской1 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 1984 года сохранены все разделы, ставите постоянными в этой книге: о Советском Союзе, союзных и автономных советских республиках; о зарубежных странах; о международных организациях; обзоры экономики социалистических стран, развитых капиталистических и развивающихся стран; обзор массового движения трудящихся капиталистических государств; раздел о развитии связей между коммунистическими и рабочими партиями; разделы о науке и технике; о международной спортивной жизни; биографические справки и др.

Сообщаемые в Ежегоднике 1984 года сведения ограничены, как правило, хронологическими рамками 1983 года. Некоторые цифры, опубликованные в предыдущих выпусках, изменены, так как они уточнялись. Данные за 1983 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", "Франция - СССР", Института культурных связей "Бразилия - СССР", Общества культурных связей с СССР (Великобритания), а также отдельных организаций и лиц из зарубежных стран в Ежегоднике помещены статьи, знакомящие с культурной жизнью соответствующих стран....

Цена:
319 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