атомный эталон частоты

Формула изобретения

1. Атомный эталон частоты, содержащий объемный резонатор внутри оболочки, средства накопления, расположенные в вышеуказанном объемном резонаторе и предназначенные для накопления атомных или молекулярных частиц, средства для создания однородного магнитного колебательного поля, воздействующего на вышеупомянутые средства накопления, средства селекции состояния для приведения вышеуказанных частиц на заданный заранее определенный энергетический уровень, средства для стимулирования переходов с вышеуказанного заданного уровня на другой заданный энергетический уровень заданной частицы и средства нагрева, предназначенные для подачи тепла к вышеуказанной оболочке, отличающийся тем, что по меньшей мере один электрод распологается вокруг вышеупомянутых средств накопления для улучшения вышеуказанного колебательного магнитного поля вышеуказанных переходов, образованных в окрестностях вышеуказанных средств накопления, при этом вышеуказанный электрод соединяется с вышеуказанной оболочкой по крайней мере одним теплопроводным опорным узлом для подвода тепла к вышеупомянутым средствам накопления.

2. Атомный эталон частоты по п.1, отличающийся тем, что вышеупомянутые теплопроводные опорные узлы выполнены заодно с вышеупомянутой оболочкой.

3. Атомный эталон частоты по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что по крайней мере один из вышеуказанных теплопроводных опорных узлов выполнен заодно с соответствующим электродом, который соединен с ним.

4. Атомный эталон частоты по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что средства накопления содержат газонаполненный фотоэлемент, содержащий щелочной металл в газообразном состоянии.

5. Атомный эталон частоты по п.4, отличающийся тем, что вышеупомянутые средства накопления содержат рубидий и буферный газ.

6. Атомный эталон частоты по любому из пп. 1 - 5, отличающийся тем, что вышеупомянутые средства селекции состояния и вышеупомянутые средства накопления располагаются в полости, в которой создан вакуум.

7. Атомный эталон частоты по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что вышеупомянутые средства селекции состояния и вышеуказанные средства накопления располагаются в полости, заполненной газом с низкой теплопроводностью.

8. Атомный эталон частоты по п.6 или 7, отличающийся тем, что вышеупомянутые средства селекции состояния и вышеупомянутая оболочка соединены с вышеуказанной полостью с помощью поперечин с низкой теплопроводностью.

9. Атомный эталон частоты по любому из пп.1 - 8, отличающийся тем, что вышеупомянутые средства селекции состояния содержат источник света с заданной спектральной составляющей, производящей посредством оптической накачки инверсию населенности в указанном средстве накопления.

10. Атомный эталон частоты по п.9, отличающийся тем, что указанный источник света выполнен в виде лампы, металлизированной щелочным металлом.

11. Атомный эталон частоты по п.9, отличающийся тем, что вышеуказанное средство селекции состояния включает щелочной источник и изотопный фильтр.

12. Атомный эталон частоты по п.9, отличающийся тем, что вышеупомянутое средство селекции состояния содержит лазерный диод.

13. Атомный эталон частоты по любому из пп.1 - 12, отличающийся тем, что вышеуказанный электрод поддерживается в вышеуказанном объемном резонаторе с помощью теплопроводных опорных узлов.

14. Атомный эталон частоты по любому из пп.1 - 13, отличающийся тем, что вышеуказанные средства накопления удерживаются внутри вышеуказанного объемного резонатора при помощи по крайней мере одного из электродов.

15. Атомный эталон частоты по любому из пп.1 - 14, отличающийся тем, что вышеуказанные средства накопления поддерживаются в центре вышеуказанного объемного резонатора.

16. Атомный эталон частоты по любому из пп.1 - 15, отличающийся тем, что каждый из вышеуказанных электродов имеет множество концов, при этом смежные концы из их числа передают электрическое поле друг от друга и по крайней мере часть вышеуказанного электрического поля проходит через средства накопления, а вышеуказанный эталон частоты включает также установочные средства для регулирования положения вышеуказанных средств накопления относительно по крайней мере одного электрода из числа электродов для регулирования величины электрического поля, проходящего через указанные средства накопления.

17. Атомный эталон частоты по п.16, отличающийся тем, что вышеупомянутые установочные средства предусмотрены для взаимодействия с вышеуказанной оболочкой с возможностью выхода из взаимодействия во многих положениях.

18. Атомный эталон частоты по п.16 или 17, отличающийся тем, что вышеупомянутые установочные средства и вышеупомянутая оболочка взаимодействуют друг с другом с помощью дополнительных резьбовых соединений, при этом установка средств накопления осуществляется посредством завертывания или отвертывания установочных средств и вышеуказанной оболочки.

19. Атомный эталон частоты по любому из пп.16 - 18, отличающийся тем, что вышеуказанные установочные средства имеют колпак с внутренней и наружной поверхностями, причем вышеуказанный колпак может быть закреплен на указанной оболочке, а средства накопления взаимодействуют с вышеупомянутой внутренней поверхностью.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к эталонам частоты, и более конкретно, к типу эталонов, имеющих резонансную полость, средства накопления находящиеся в резонансной полости и предназначенные для накопления атомных или молекулярных частиц и средства нагрева для подведения тепла к резонансной полости.

Эталоны частоты являются устройствами, которые характеризуются исключительно точными рабочими частотами и, основная резонансная система которых состоит из одного атома или одной молекулы имеющей переход между двумя заданными уровнями энергии. Общий принцип работы эталонов частоты описан в книге [1].

Некоторые способы выполнения эталонов частоты, в которых использованы газонаполненный фотоэлемент и мазер, описаны в [2, 3].

Для иллюстрации работы известного эталона частоты ниже приводится описание эталона, в котором используется газонаполненная ячейка, со ссылками на фиг.1.

Эталон частоты (фиг.1) содержит атомный резонатор 10, кварцевый генератор 21 и соединенный с ним, умножитель 11 частоты или синтезатор, а также цепь обратной связи 12. Атомный резонатор 10 содержит средство селекции состояния в виде лампы 13, фильтрующую ячейку 14, микроволновый объемный резонатор 15, поглощающую ячейку 16 и фотоэлемент 17. Источник питания 18 подает необходимую энергию для запитки генератора и соединенной с ним цепи 11 и средства селекции состояния в виде лампы 13 и для управления температурой различных элементов атомного резонатора 10. Классическая нагревательная катушка 18а запитывается от источника питания 18 и управляется им.

Энергия другого источника питания подается через катушку 19а для создания магнитного поля микроволнового объемного резонатора 15. Кроме того, микроволновый объемный резонатор 15 окружается магнитным экраном 20в для устранения влияния наружных магнитных полей на работы атомного резонатора 10.

В атомном эталоне частоты (фиг.1) с помощью оптической накачки создается инверсия населенности между сверхтонкими уровнями основного состояния атомов, главным образом щелочных металлов, таких как калий, натрий или рубящий. Ниже приводится описание классического устройства накачки, применяемого в таком эталоне частоты с рубидием.

Поглощающая ячейка 16 содержит изотоп рубидия 87, спектр которого содержит две сверхтонкие составляющие А и В, при этом ячейка содержит также соответствующий буферный газ, например, азот. На поглощающую ячейку 16 воздействует световое излучение средства селекции состояния в виде лампы 13 с рубидием 87 через фильтрующую ячейку 14, которая содержит пары рубидия 85, спектр поглощения, которых имеет две сверхтонкие составляющие а и в. Составляющие А и а практически совпадают, тогда как составляющие В и в полностью разделены. Поэтому составляющая А спектра излучения средства селекции состояния в виде лампы 13 практически полностью устраняется фильтрующей ячейкой таким образом, что свет, поступивший на поглощающую ячейку 16 состоит, в основном, из света, имеющего частоту полосы В. Лишь только атомы рубидия 87 поглощающей ячейки 16, расположенные на сверхтонком нижнем уровне (F=1) поглощают свет и переносятся на более высокие энергетические уровни.

После возбуждения атомов рубидия в поглощающей ячейке 16, последние релаксируют либо в направлении к верхнему сверхтонкому уровню (F = 2), либо в направлении к нижнему сверхтонкому уровню основного состояния, из-за столкновения этих атомов с молекулами азота буферного газа. Так как эти атомы возбуждаются, при освещении, то населенность нижнего уровня (F = 1) уменьшается в пользу верхнего уровня (F = 2). Благодаря асимметрии света накачки получают инверсию населенности этих двух уровней, так что поглощающая ячейка 16 становится практически пропускающей для остаточного излучения средства селекции состояния в виде лампы 13.

Поглощающая ячейка 16 располагается в микроволновом объемном резонаторе 15, который возбуждается цепью с частотой, равной приблизительно 6835 МГц. Последняя соответствует энергии разделения сверхтонких уровней F = 1, mf = 0 и F = 2, mf = 0. В результате происходит сверхтонкий переход, сопровождаемый испусканием электромагнитного излучения между этими двумя уровнями.

Как только атомы, участвующие в вынужденном излучении, достигают нижнего сверхтонкого уровня (F = 1), они приводятся с помощью оптической накачки в возбужденное состояние.

В ходе этого процесса, магнитный экран 20в обеспечивает слабый уровень внешнего окружающего поля, при этом слабое осевое и равномерное магнитное поле создается магнитной катушкой 19а, на которую подается питание от источника питания 19. Полученное таким образом в поглощающей ячейке 18 магнитное поле перемещает уровни энергии сверхтонких уровней благодаря известному эффекту Зеемана и устанавливает таким образом точную частоту электромагнитного излучения, выделяемого благодаря выше описанному вынужденному излучению.

Количество света, поглощенного поглощающей ячейкой 16 будет тем больше, а количество света достигающее фотоэлемент 17 будет тем меньше, чем больше будет число вынужденных излучений.

Ток, создаваемый фотоэлементом 17 имеет таким образом минимальную величину, когда частота сигнала возбуждения микроволнового объемного резонатора равняется своему значению перехода.

Кварцевый генератор 21 цепи генерирует сигнал частоты в 5 МГц, который модулируется в фазовом модуляторе 22 относительно низкой частотой (равной приблизительно 100 ГЦ- 1 кГц), созданной низкочастотным генератором 23. Модулированный сигнал подается на умножитель/синтезатор 24, предназначенный для получения сигнала, с частотой вынужденного излучения, равной 6835 МГц. Этот сигнал используется для возбуждения микроволнового объемного резонатора 15.

Сигнал, подаваемый фотоэлементом 17, принимается усилителем 25 цепи обратной связи 12, причем указанный сигнал, подается далее на фазовый компаратор 26, на который также поступает опорный сигнал от генератора 23 цепи 11, для осуществления синхронного анализа, позволяющего установить правильно ли центрирована несущая частота сигнала, поданного на микроволновый объемный резонатор 15 относительно частоты сверхтонкого перехода (6835 МГц). Любой сдвиг фаз создает сигнал ошибки, появляющийся на выходе фазового компаратора 26. Этот сигнал поступает на интегратор 27, используемый для управления диодом Зенера 28, соединенным с кварцевым генератором 21 для изменения частоты таким образом, чтобы поддерживать центрирование умноженной частоты кварцевого генератора 21 относительно частоты сверхтонкого перехода рубидия 87.

Стабильность и точность рабочей частоты атомного эталона частоты (фиг.1) зависит от взаимодействия атомов или молекул, находящихся в поглощающей ячейке 16 и от заключенного в микроволновом объемном резонаторе 15 электромагнитного поля, когда указанные атомы или молекулы подвергаются воздействию вынужденного излучения, описанного выше. Практически электромагнитное поле в микроволновом объемном резонаторе имеет такую же частоту и такую же длину волны, как и сверхтонкое атомное или молекулярное переходное излучение, при этом размеры указанного микроволнового объемного резонатора 15 зависят от длины волны излучения.

Стабильность и точность частоты работы атомного резонатора 10 зависят также от качественной регулировки температуры средства селекции состояния в виде лампы 13, поглощающей ячейки 16 и фильтрующей ячейки 14. Это связано с тем, что частота сверхтонкого перехода, определяемая умноженной частотой кварцевого генератора и обнаруживаемая световым сигналом бомбардирующим фотоэлемент 17, оказывается под влиянием процесса оптической накачки, которая осуществляется одновременно. Частота сверхтонкого перехода немного смещается в зависимости от спектра и от интенсивности поглощаемого света. Эти параметры в свою очередь зависят от температур средства селекции состояния в виде лампы 13, фильтра 14 и поглощающей ячейки 16. Кроме того, смещения частот сверхтонкого перехода, вызванные столкновением с буферным газом зависят от давления и от температуры рубидия 87 и буферного газа, содержащихся в поглощающей ячейке 16.

В некоторых известных из предшествующего уровня техники атомных резонаторах, которые не требуют подогрева и/или регулировки температуры атомных молекулярных частиц поглощающей ячейки, уже располагали электроды вокруг поглощающей ячейки внутри микроволнового объемного резонатора с целью уменьшить размеры резонатора, а также усилить и сориентировать электромагнитное поле в зоне поглощающей ячейки, находящейся в этом резонаторе. Концентрация электромагнитного поля, которое создается в области поглощающей ячейки оптимизирует фактор заполнения и фактор качества резонатора с микроволновым резонатором. Фактор заполнения является отношением общей магнитной энергии в пространстве, занятом атомными или молекулярными частицами, находящимися в поглощающей ячейке к общей магнитной энергии в резонаторе. Чувствительность атомного резонатора тем выше, чем выше фактор заполнения. Добротность является отношением частоты резонансной моды резонатора к ширине резонансного максимума, при этом данное отношение определяется отношением энергии накопленной в резонаторе к энергии потерянной в нем.

Однако, электроды этих резонаторов из предшествующего уровня техники соединены с поглощающей ячейкой и удерживаются относительно друг друга, с помощью средств крепления, таких как смола. Диэлектрические свойства примененных средств крепления снижают напряженность и равномерность электромагнитного поля в поглощающей ячейке. Кроме того, указанные электроды термически и электрически изолированы от стенок резонатора и выводятся из уравнения составленного с учетом указанной электрической и термической изоляции.

Такие электроды образуют также термическую массу внутри микроволнового объемного резонатора, которая затрудняет точное определение температуры этого резонатора и поглощающей ячейки. Электроды блокируют теплообмен с одной стороны между стенками микроволнового объемного резонатора, и, с другой стороны, внутри этого резонатора, а также внутри поглощающей ячейки, расположенной рядом, что уменьшает время термической чувствительности атомного резонатора. В результате происходит дальнейшее накопление термического излучения, тогда как известно, что разогрев микроволнового объемного резонатора должен быть уменьшен.

В атомных резонаторах, из предшествующего уровня техники необходимо подавать энергию не только для нагрева внутренней части поглощающей ячейки, где температура велика, но также для нагрева других зон микроволнового объемного резонатора, которые не требуют точной регулировки температуры.

Кроме того, необходимость подогрева зон микроволнового объемного резонатора помимо поглощающей ячейки означает, что первоначальное время разогрева известных атомных эталонов частоты превышает необходимую величину.

В основу настоящего изобретения положена задача создания атомного эталона частоты, в котором были бы устранены, хотя бы частично, недостатки известных эталонов частоты.

Поставленная задача решается тем, что в атомном эталоне частоты, содержащем объемный резонатор внутри оболочки, средства накопления, расположенные в вышеупомянутом объемном резонаторе предназначенные для накопления атомных или молекулярных частиц, средства для создания однородного магнитного колебательного поля воздействующего на средства накопления, средства селекции состояния для приведения вышеуказанных частиц на заданный энергетический уровень, средства для стимулирования переходов с одного заданного энергетического уровня на другой заданный энергетический уровень заданной частоты и средства нагрева, предназначенные для подачи тепла на вышеупомянутую оболочку, согласно изобретению по меньшей мере один электрод располагается вокруг вышеуказанных средств накопления для улучшения магнитного колебательного поля вышеуказанных переходов, образованных в окрестностях средств накопления, при этом вышеуказанный электрод соединяется с оболочкой по крайней мере одним теплопроводным узлом для подвода тепла к вышеупомянутым средствам накопления.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием примеров его выполнения со ссылками на чертежи, где: на фиг. 1 - изображен атомный эталон частоты согласно предшествующему уровню техники; на фиг. 2 - вид сбоку в разрезе атомного резонатора, предназначенного для использования в атомном эталоне частоты согласно настоящему изобретению; на фиг. 3 - вид в плане и в разрезе атомного резонатора, представленного на фиг.2 по линии III-III.

Конструкция заявленного атомного эталона частоты, представленная на фиг. 2 содержит средство 40 селекции состояния, выполненное в виде лампы, средство накопления 41, выполненное в виде поглощающей ячейки, микроволновый объемный резонатор 42 имеющий оболочку 43, фотоэлемент 44, электроды 45a - 45d и теплопроводные опорные узлы 47a - 47d.

Средство селекции состояния в виде лампы содержит рубидий 87 или смесь рубидия 87 и рубидия 85, а также соответствующий инициирующий газ, например аргон, и размещается внутри катушки возбуждения 49, соединенной с проводом 50, который является индуктивной нагрузкой генератора радиочастоты, частота которого находится в пределах 100-150 МГц. Сетка 51 располагается вокруг указанного узла, с целью предотвращения возможности излучения сигнала в направлении и средства накопления 41 и фотоэлемента 44.

Обычная нагревательная цепь (на чертеже не представлена), содержащая нагревательное сопротивление и термодетектор, использованы для поддержания постоянной температуры лампы, равной, например, 140^oC.

Средство накопления 41 размещено напротив средства селекции состояния 40. Согласно заявленной форме выполнения, поглощающая ячейка содержит рубидий 85, рубидий 87, а также соответствующий буферный газ, в качестве которого можно использовать азот или смесь азота и метана. Лампа, например, может иметь диаметр 14 мм, длину 25 мм и внутренний объем около 3 см³.

Атомы рубидия 85, содержащие в части поглощающей ячейки 41, которая расположена рядом со средством селекции состояния 40, поглощают спектральную составляющую А средства селекции состояния 40, осуществляя, таким образом, фильтрацию в то время, как атомы рубидия 87, расположенные в части средства накопления 41, которая удалена от средства селекции состояния 40, поглощают спектральную составляющую В последней, в результате чего происходит оптическая накачка, необходимая для определения состояния атомов рубидия 87. Согласно одному из вариантов выполнения изотопный фильтр может быть объединен с щелочным источником для создания лампы, которая излучает предварительно отфильтрованный свет в направлении к средству накопления 41. Согласно другому варианту используется лазерный диод в качестве источника света, что позволяет полностью устранить необходимость фильтрования.

Микроволновый объемный резонатор 42 защищен от внешних магнитных полей магнитных экранов 52. Кроме того, резонатор подвержен воздействию равномерного магнитного поля, созданного средством 53 для создания однородного магнитного колебательного поля и поля микроволнового диапазона, созданного средством 54 для стимулирования переходов с заданного уровня на другой заданный уровень, выполненным в виде микроволнового контура, возбуждаемого внешним генератором через соединительный элемент 55 и коаксиальный кабель 56. Указанное средство 54 может включать диод с резким отключением (диод СРО), который усиливает сигнал, посланный генератором, что позволяет таким образом использовать генератор с относительно низкой частотой.

Микроволновый объемный резонатор 42 имеет устройство управления нагревом и температурой, предназначенное для поддержания температуры средства накопления 41 на уровне, позволяющем обеспечить нормальную работу, (85^oC) в случае ячейки заполненной газом с рубидием 87. Для обеспечения возможности подвода тепла, можно пропускать электрический ток через двухнитевой нагреватель, намотанный вокруг оболочки 43 микроволнового объемного резонатора 42. Термодетектор 59 позволяет подать сигнал обратной связи на устройство управления нагрева и температуры объемного резонатора 42.

Резонатор возбуждается при резонансной частоте, равной 6835 МГц и соответствующей сверхтонкому переходу от уровня F = 2, mf = 0, к уровню F = 1, mf = 0 атомов рубидия 87 в поглощающей ячейке 41.

Поглощение составляющей В спектре атомами рубидия 87 в объемном резонаторе 42 определяется фотоэлементом 44. Этот сигнал поглощения используется обычным способом для синхронизирования частоты запрашивающего сигнала, посланного средством 54 для стимулирования переходов с заданного уровня на другой заданный уровень с частотой сверхтонкого перехода между уровнями F = 2, mf = 0 и F = 1, mf = 0 рубидия 87.

Электроды 45a-45d охватывают средство накопления 41 и располагаются концентрично относительно продольной оси 57 этой ячейки, с целью ориентирования, заключенного в резонаторе 42 магнитного поля по направлению расположения атомов рубидия 87, которые ориентированы по магнитным силовым линиям в средстве накопления 41. Эти электроды увеличивают также напряженность поля средства накопления 41 для осуществления оптимальной связи между полем и атомами рубидия, накопленными в средстве накопления 41. Электроды 45a - 45d являются лишь примером выполнения электродов, которые могут быть применены и можно выбрать другие способы ориентирования электродов вокруг поглощающей ячейки, отличные от используемых в данном случае. Можно использовать любое число электродов, устанавливаемых вокруг средства накопления 41, а также варьировать размеры, форму и зазор между электродами.

Теплопроводные опорные узлы 47a-47d соединяют электроды 45a-45d со стенкой 43 микроволнового объемного резонатора 42 и удерживают их в неподвижном положении относительно друг друга, что устраняет необходимость применения смолы или другого средства крепления, которое может нарушить однородность и напряженность магнитного колебательного поля в окрестностях средства накопления 41.

Теплопроводные опорные узлы 47a-47d изготовлены из теплопроводного материала и имеют предпочтительно контактную поверхность смежную с электродами с площадью, почти равной площади поверхности соответствующего электрода для того, чтобы обеспечить эффективную передачу тепла, поступающего от средства 58 нагрева между оболочкой 43 микроволнового объемного резонатора 42 к электродам 45a-45d.

Предпочтительно, чтобы теплопроводные опорные узлы 47a-47d заполняли почти все пространство между наружной поверхностью электродов и внутренней поверхностью оболочки 43, что позволяет еще более улучшить теплопередачу. Таким образом, средство накопления 41 может нагреваться непосредственно электродами 45a-45d, что уменьшает время разогрева атомного резонатора и соответствующую частотную погрешность, и позволяет обеспечить лучшую однородность и более точное управление температурой рубидия и буферного газа в средстве накопления 41. Кроме того, может быть уменьшена энергия необходимая для нагрева ячейки, поскольку необходимо поддерживать при заданной температуре только эту ячейку, а не весь узел микроволнового объемного резонатора.

При соответствующем магнитном колебательном токе в микроволновом объемном резонаторе 42, эти электроды образуют подобие периферийной электрической цепи, которая позволяет обеспечить круговую циркуляцию тока в этих электродах. Электроды обладают некоторой индуктивностью. Электроды обеспечивают также возможность прохождения тока вокруг продольной оси 57 средства накопления 41 и образуют некоторую емкость, определяемую толщиной диэлектриков, и соответствующую промежуткам между смежными концами электродов. Вследствие этого, размещение и размеры этих электродов влияют на доминантную резонансную частоту микроволнового объемного резонатора 42.

Из-за наличия указанной емкости, имеется некоторое электрическое поле в указанных промежутках. Величина емкостей и, следовательно, величина резонансной частоты микроволнового объемного резонатора 42 зависит от диэлектрической проницаемости материала, через который проходит электрическое поле. Предпочтительно, чтобы стенка средства накопления 41 имела бы диэлектрическую проницаемость, отличающуюся от диэлектрической проницаемости среды, через которую проходит электрическое поле, при отсутствии средства накопления 41. Очевидно, что взаимное перемещение средства накопления 41 и электродов 45a-45d вызовет изменение пропорции электрического поля, пересекающего средство накопления 41, изменяя, таким образом, емкость, соединенную с электродами 45a-45d и, смещая таким образом резонансную частоту микроволнового объемного резонатора 42.

Атомный эталон частоты, изображенный на фиг. 2 включает кроме того, средства 70, предназначенные для установки в определенное положение средств накопления 41 относительно электродов 45a-45d. Установочные средства 70 содержат элемент 71, выполненный в форме колпака, имеющего кольцевую юбку 72 и резьбовую внутреннюю поверхность 73. Наружная поверхность оболочки 43 имеет также нарезку 74, предназначенную для взаимодействия с нарезкой 73 колпака 11. Средство накопления 41 закреплено на внутренней поверхности 75 колпака 71. Таким образом, ввинчивая или отвинчивая колпак 71 относительно объемного резонатора 42 осуществляют соответственно ввод и вывод средства накопления 41 между электродами 45a-45d, изменяя таким образом величину электрического поля, которое проходит через средство накопления 41. Изменение толщины стенок средства накопления 41, размеров электродов 45a-45d и размеров других составных частей, которые расположены внутри эталона частоты и которые могут влиять на резонансную частоту микроволнового объемного резонатора 42, могут быть компенсированы путем регулировки положения средства накопления 41.

Средство накопления 41 может быть закреплено на колпаке 71 любыми подходящими для этой цели средствами. Однако, если средство накопления 41 не опирается на колпак 71, например, в случае, когда эталон частоты расположен в положении, противоположном представленному на фиг.2, средство накопления 41 не должно крепиться к колпаку 71. Кроме того, можно применять другие способы, расположения отличные от способов, изображенных на фиг.2, с целью обеспечения возможности относительного перемещения средства накопления 41 относительно электродов 45a-45d внутри полости 43. Например, средство накопления 41 может быть закреплено на каком-либо элементе в форме колпака, который взаимодействует с внутренней стороной полостей 60 и 61. Эти способы расположения и другие равноценные механические способы включены в настоящее изобретение.

В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения использованы четыре электрода, каждый из которых имеет толщину 0,8 мм и длину, замеренную по продольной оси средства нагрева 58, равную 12 мм. Промежуток между каждым из электродов был равен 0,6 мм. Толщина стенок поглощающей ячейки колебалась в пределах 0,2 - 0,3 мм и поглощающая ячейка имела стенку из материала с диэлектрической проницаемостью равной 4,5. Согласно этому примерному расположению компенсационное значение эталона частоты или, другими словами, разница между резонансной частотой микроволнового объемного резонатора 42, в момент, когда средство накопления 41 введено полностью между электродами 45a-45d и резонансной частотой в момент, когда средство накопления 41 полностью выведено, составляет 400 МГц.

Согласно другому способу выполнения изобретения теплопроводные опорные узлы 47a-47d, входящие во взаимодействие с электродами 45a-45d, могут быть использованы для обеспечения механической опоры средства накопления 41 внутри микроволнового объемного резонатора 42. Ячейка может быть зажата и может удерживаться относительно стенки 43 резонатора посредством электродов 45a-45d или согласно другому варианту можно также предусмотреть крепление с помощью прикрепления средства накопления 41 к электродам 45a-45d, например, с помощью клея. Однако для этого нет необходимости использовать все электроды. Таким образом, поглощающая ячейка может быть размещена в микроволновом объемном резонаторе 42 так, чтобы улучшить магнитное колебательное поле в окрестностях ячейки.

Согласно конструкции, представленной на фиг.2 и 3, магнитный колебательный поток, созданный резонансными структурами, образованными соответствующими электродами 45a-45d и теплопроводными опорными узлами 47a-47d был оптимальным в центре микроволнового объемного резонатора 42, при этом средство накопления 41 может быть размещено в этой точке без какой-либо необходимости использования других опорных элементов, которые могут вызвать диэлектрические потери и помехи на дополнительное магнитное поле.

Для увеличения механической жесткости и для облегчения изготовления атомного эталона частоты согласно изобретению можно согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения изготовить одну деталь, включающей либо стенку 43 и теплопроводные опорные узлы 47a-47d, либо эту стенку и эти узлы, а также электроды 45a-45d. В емкости, образованной полостью 60 и полостью 61, создается вакуум, дающий множество преимуществ по сравнению с атомными резонаторами частоты, выполненными согласно известным конструкциям.

Эти преимущества заключаются в следующем. Устраняется тепловой поток между средством селекции состояния 40 и средством накопления 41, что позволяет достигнуть улучшение управления температурой;

средство селекции состояния 40 и средство накопления 41 могут устанавливаться рядом друг с другом для достижения уменьшения объема эталона частоты;

диапазон, в котором может быть использован резонатор, гораздо шире, в то время как стабильность частоты резонатора улучшается,

снижается расход энергии эталона частоты.

Несколько элементов атомного эталона частоты, расположенные внутри полости 60, такие, как средство селекции состояния 40 и оболочка 43, могут быть соединены с оболочкой так, как показано на фиг.2 - поперечинами 80 и 81 с низкой теплопроводностью. Таким образом эталон частоты, установленный в полости 60, может быть отделен, в смысле теплообмена, от полости и может не подвергаться более воздействиям изменения температуры и теплового расширения, вызванные изменениями окружающей среды температуры и давления.

Вместо создания вакуума в полости 60, ее можно также заполнить газом с низкой теплопроводностью, таким как ксенон, или другим тяжелым молекулярным газом. Этот газ может находиться под атмосферным давлением. Заполнение полости ксеноном позволяет получить те же преимущества, которые были достигнуты при создании вакуума в полости. Однако в этом случае можно применять материалы, обладающие свойствами слабого газа выделения.

В атомный эталон частоты согласно изобретению может быть внесен ряд изменений, не выходя за его рамки. В частности, изобретение относится также к атомным пассивным эталонам частоты, таким как эталоны с газообразным рубидием, а также к атомным эталонам частоты, в которых используют электроды для улучшения магнитного колебательного поля.