Материал: KOE-04_-_Mazery
6 |
|
|
|
|
Мазер на пучке атомов водорода |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Магнитный дипольный переход между уровнями сверхтонкой |
|||
|
|
|
|
структуры атома водорода |
|
|
|
|
|
|
Структура - взаимодействие магнитного момента ядра с |
|
|
|
|
|
внутриатомным магнитным моментом, вызванным орбитальным |
|
|
|
|
|
движением электрона |
|
|
Два подуровня с расстоянием между ними по частоте 1420,4 МГц |
|||
|
|
|
|
(λ ≈ 21 см) |
|
|
|
Переходы определяются |
|||
изменением магнитного дипольного момента, а не электрического
Линия рабочего перехода не имеет Структуры
Магнитное поле приводит
к расщеплению уровней (эффект Зеемана)
7 
Устройство водородного мазера
Очиститель H2 – мембрана из палладия
Разрядная колба - диссоциации молекул водорода H2
Сортировка не в электрическом, а в неоднородном магнитном поле
4х или 6ти-полюсные магниты
Вероятность перехода в 104 раз меньше (τ ≈ 1 с) Выходная мощность 10–11 - 10–14 Вт
Накопительная колба - |
||
в 104 |
раз увеличиваем |
|
число |
частиц |
в |
резонаторе |
|
|
тефлоновое покрытие стенок – снижает влияние соударений
диаметр колбы меньше длины волны излучения - доплеровского уширения не возникает
8 |
|
|
|
|
|
|
Стабильность водородного мазера |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Естественная ширина спектральной линии определяется вероятностью |
||||
|
|
||||||
|
|
|
перехода |
||||
=1/ 21=A21=w
Добротность спектральной линии генерации водородного мазера
Выше относительная нестабильность частоты
|
|
|
|
1 |
|
|
|
k T |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Q |
ген |
|
|
|
2 P |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ген |
|
|||
|
5 10 |
14 |
при 10 c |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
При меньших временах определяющими являются электрические шумы
Относительная нестабильность частоты 10–12...10–13
Qген 0 2 10 9
Важно время приработки
9 
Водородный мазер
10
Стандарты частоты и времени
Активный водородный мазер – генератор СВЧ
Большой и тяжелый
Малая нестабильность частоты
Пассивный водородный мазер |
|
A |
|
|
|
|
kT |
10 |
12 |
||
|
Резонатор мал |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Qген |
I |
пучQрез |
|
||||||||
|
Нет генерации |
|
|
|
|||||||
Селективное усиление внешнего сигнала на рабочей частоте |
|
|
|||||||||
Размеры можно уменьшить на порядок |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Пассивный водородный стандарт частоты (ПВСЧ) |
|
|
|
|
|||||||
Уменьшенный резонатор |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с диэлектриком магнетронный |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|