Стандарты времени и частоты

5 курс, 9 семестр, 36 часов Лектор: д.ф-м.н. Городецкий Михаил Леонидович

Аннотация курса

В лекционном курсе излагаются теоретические основы атомных стандартов времени и частоты. В рамках курса студенты познакомятся с методами описания стабильности частоты, общими принципами создания и использования стандартов частоты, с атомными ячейками и пучками, узнают о способах охлаждением атомов до субдоплеровских температур, квантовых эффектах взаимодействия поля с атомами (биения Раби и разнесенные поля Рэмзи), магнитных и магнитооптических ловушках, первичных цезиевых пучковых и фонтанных стандартах частоты.

Основные разделы курса

Основные характеристики стандартов времени и частоты. Историческая перспектива развития часов и стандартов частоты и времению
Основы теории стабилизации частоты. Математическое описание колебаний. Фазовая и амплитудная модуляция. Генератор с обратной связью. Петля обратной связи. Сигнал ошибки.
Амплитудный и частотный шум. Временные и спектральные характеристики. Методы измерения.
Опорные резонаторы. Пьезоэлектрические кварцевые резонаторы. Высокодобротные СВЧ резонаторы. Оптические резонаторы.
Атомная и молекулярная спектроскопия. Уровни энергии. Взаимодействие с электромагнитным излучением. Уширение и сдвиг спектральных линий.
Методы работы с атомами и молекулами. Ячейки, пучки, ловушки, охлаждение.
Цезиевый атомные часы. Первичные и лабораторные стандарты. Фонтанные часы.
Стандарты частоты в сверхвысокочастотном диапазоне. Мазер. Рубидиевый стандарт.
Лазерные стандарты частоты. Газовые лазеры. Техника стабилизации частоты. Перестраиваемые лазеры. Оптические стандарты на нейтральных атомах.
Стандарты частоты на ионных ловушках.
Генерация, деление и перенос оптической частоты. Оптические гребенки.
Измерение времени в разных масштабах. Перемещение часов и ОТО. Стандарт GPS. Часы в астрономии.
Приложения стандартов частоты в фундаментальной физике и современной технике. Стандарты длины, напряжения, тока и магнитного поля и связь с другими стандартами. Измерение фундаментальных констант.
Новые тенденции и перспективы развития. Фундаментальные пределы стабильности частоты.

Литература

Основная

Ф. Риле. Стандарты частоты. Принципы и приложения Физматлит, 2009 г.
В.В.Григорянц. Квантовые стандарты частоты, М. Наука, 1968.
В.Г.Бакланов, П.В.Покасов, Оптические стандарты частоты и фемтосекундные лазеры. Квантовая электроника, №33, №5, с.383, 2003.

Дополнительная

S.A. Diddams, J.C.Bergquist, S.R.Jefferts, C.W.Oates Standards of Time and Frequency at the Outset of the 21st Century, Science, 306, 1318 (2004).
Norman F.Ramsey.History of atomic clocks. J.Res.NBS,88:301-320,1983.

Программу составил д.ф-м.н. Городецкий М.Л.