Перестраиваемый СВЧ резонатор для стандартов частоты фонтанного типа

Изобретение относится к области квантовых стандартов частоты и может быть использовано при разработке стандартов частоты фонтанного типа.

Известен СВЧ резонатор, описанный в статье: Ruoxin Li and Kurt Gibble «Evaluating and minimizing distributed cavity phase errors in atomic clocks», Metrologia 47 (2010) 534-551, который может быть использован в стандартах частоты фонтанного типа. Такой резонатор имеет ступенчатую форму внутренней полости, предназначенную для уменьшения сдвига измеряемой частоты атомного перехода, связанного с неравномерным распределением фазы СВЧ моды.

Недостатком данного резонатора является отсутствие возможности непосредственной его точной подтстройки после полной сборки атомного фонтана. Точная подстройка, состоящая в изменении температуры окружающего пространства, делает проблематичным размещение двух и более стандартов частоты фонтанного типа, имеющими в своем составе СВЧ резонаторы с высокими (порядка 28000) нагруженными добротностями, в одном помещении.

Задачей изобретения является создание возможности точной настройки собственной частоты СВЧ резонатора на частоту «часового» атомного перехода с целью уменьшения неисключенной систематической погрешности воспроизведения частоты атомного перехода, связанной с эффектом затягивания частоты СВЧ резонатором.

Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи состоит в повышении точности настройки СВЧ резонатора после полной сборки стандарта частоты фонтанного с сохранением рабочего значения сверхвысокого вакуума в объеме атомного спектроскопа. Точная настройка частоты СВЧ резонатора приводит к улучшению метрологических характеристик атомного фонтана, а именно, уменьшению неисключенной систематической погрешности воспроизведения частоты атомного перехода, связанной с эффектом затягивания частоты СВЧ резонатором.

Технический результат достигается за счет того, что вместо толстой верхней стенки, ограничивающей внутренний объем цилиндрического СВЧ резонатора, применяется тонкая, порядка 0,8 мм, стенка (далее мембрана перестройки). При этом корпус СВЧ резонатора и мембрана перестройки представляют собой единое целое. Изменение положения поршня деформирует мембрану перестройки и изменяет высоту внутренней полости СВЧ резонатора, что приводит к изменению собственной частоты СВЧ резонатора.

Изобретение поясняется чертежом. На фиг. 1 представлен перестраиваемый СВЧ резонатор для стандартов частоты фонтанного типа (далее резонатор), который содержит корпус 1 с мембраной перестройки, опорный фланец 2 и два прямоугольных волновода 3 для симметричного возбуждения собственных СВЧ колебаний в цилиндрическом объеме, образованном корпусом 1 и опорным фланцем 2. К корпусу 1 шпилечным соединением 4 крепится втулка 5, в которую вставлен поршень 6. Поршень 6 в верхней части имеет внешнюю резьбу, на которую накручивается гайка перестройки 7. Вращение гайки перестройки 7 передвигает поршень 6 по втулке 5 вдоль оси резонатора. Шпильки 8 предназначены для фиксации гайки перестройки 7 в выбранном положении. К поршню 6 и опорному фланцу 2 присоединены трубы с вакуумными фланцами 9, предназначенные для соединения резонатора с другими узлами стандарта частоты фонтанного типа.

Устройство в соответствии с фиг. 1 работает следующим образом. В собранном и предварительно настроенном (ƒ_aт._peз±30 МГц) СВЧ резонаторе в составе стандарта частоты фонтанного типа по средствам прямоугольного волновода 3 возбуждается собственная мода колебаний Н₀₁₁. Для точной (ƒ_aт._peз±20 КГц) настройки СВЧ резонатора на заданную частоту производится вращение гайки перестройки 7, что приводит к изменению положения поршня 6 и деформации формы мембраны перестройки. Изменение высоты цилиндрической полости резонатора, в свою очередь, приводит к смещению собственной частоты колебаний резонатора. Этим и достигается технический результат.