izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2020-7-9-12izmertech-1810Research ArticleОБЩИЕ ВОПРОСЫ МЕТРОЛОГИИ И ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИGENERAL PROBLEMS OF METROLOGY AND MEASUREMENT TECHNIQUESПерспективы разработки чувствительного атомного интерферометра на холодных атомах рубидияProspects of high sensitivity atomic interferometer development for current gravimetryАлейниковМ. С.AleynikovM. S.

г. п. Менделеево, Московская обл.

Mikhail S. Aleynikov

Mendeleevo, Moscow Region

alejnikov@vniiftri.ruБарышевВ. Н.BaryshevV. N.

г. п. Менделеево, Московская обл.

Vyatchaslav. N. Baryshev

Mendeleevo, Moscow Region

alejnikov@vniiftri.ruБлиновИ. Ю.BlinovI. Y.

г. п. Менделеево, Московская обл.

Igor Y. Blinov

Mendeleevo, Moscow Region

alejnikov@vniiftri.ruКупаловД. С.KupalovD. S.

г. п. Менделеево, Московская обл.

Dmitri S. Kupalov

Mendeleevo, Moscow Region

alejnikov@vniiftri.ruОсипенкоГ. В.OsipenkoG. V.

г. п. Менделеево, Московская обл.

Georgii V. Osipenko

Mendeleevo, Moscow Region

alejnikov@vniiftri.ruВсероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измеренийРоссияRussian Metrological Institute of Technical Physics and Radio Engineering (“VNIIFTRI”)Russian Federation20201107202307912Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1810

Представлен обзор результатов исследований, полученных во Всероссийском научно-исследовательском институте физико-технических и радиотехнических измерений при создании часов фонтанного типа. Проанализирована возможность применения полученных результатов для разработки чувствительного атомного интерферометра (гравиметра) на холодных атомах рубидия. Актуальность исследования заключается в оценке перспективы создания интерферометра (гравиметра) на холодных атомах рубидия для абсолютных измерений локального значения ускорения свободного падения. Описаны физические принципы работы атомного гравиметра. Проведено сравнение атомного гравиметра и стандарта частоты фонтанного типа на холодных атомах. Предложены технические решения, необходимые для создания атомного гравиметра с заданными значениями чувствительности измерения ускорения свободного падения. Для достижения чувствительности гравиметра порядка 1 мкГал/Гц1/2 оценены фазовый шум лазерного излучения, давление остаточных газов в вакуумной системе и параметры системы магнитных экранов.

A review of the experimental results achieved in the process of atomic fountain clocks construction at “VNIIFTRI” is presented. A possibility of the application of achieved results to the development of a sensitive interferometer (gravimeter) based on cold rubidium atoms is analyzed. The relevance of the study is in the estimation of perspective of interferometer (gravimeter) based on cold atoms for absolute measurements of local free-falling constant development. Physical fundamentals of atomic gravimeter’s operation are described. A comparison between atomic gravimeter and atomic quantum frequency standard based on cold atoms is done. Engineering solutions, that are necessary for building atomic gravimeter with required sensitivity of free-falling acceleration measurement are suggested. In order to build a gravimeter with a sensitivity reaching 1 μGal/Hz1/2 the estimations of laser phase noise, residual gas pressure in vacuum system and magnetic shielding system’s parameters are made.

атомная интерферометрияатомный гравиметрстандарт частоты фонтанного типа.atomic interferometryatomic gravimeterfountain atomic clock.ReferencesMarson I., and Faller J. E., Journal of physics E: Scientifi c Instruments, 1986, vol. 19, pp. 22–32. https://doi.org/10.1088/0022-3735/19/1/002Marson I., and Faller J. E., Journal of physics E: Scientifi c Instruments, 1986, vol. 19, pp. 22–32. https://doi.org/10.1088/0022-3735/19/1/002Novak P., Surv. Geophys., 2010, vol. 31, pp. 1–21. https://doi.org/10.1007/s10712-009-9077-zNovak P., Surv. Geophys., 2010, vol. 31, pp. 1–21. https://doi.org/10.1007/s10712-009-9077-zHinderer J., Florsch N., Makinen J., Legros H., and Faller J. E., Geophysical Journal International, 1991, vol. 106, pp. 491–497. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1991.tb03907.xHinderer J., Florsch N., Makinen J., Legros H., and Faller J. E., Geophysical Journal International, 1991, vol. 106, pp. 491–497. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1991.tb03907.xPaik H. J., Classical and Quantum Gravity, 1994, vol. 11A, pp. 133–144. https://doi.org/10.1088/0264-9381/11/6A/010Paik H. J., Classical and Quantum Gravity, 1994, vol. 11A, pp. 133–144. https://doi.org/10.1088/0264-9381/11/6A/010Boedecker G., Metrologia, 2002, vol. 39, pp. 429–433. https://doi.org/10.1088/0026-1394/39/5/4Boedecker G., Metrologia, 2002, vol. 39, pp. 429–433. https://doi.org/10.1088/0026-1394/39/5/4Schwarz J. P., Robertson D. S., Niebauer T. M., Faller J. E., Science, 1998, vol. 282, pp. 2230–2234. https://doi.org/10.1126/science.282.5397.2230Schwarz J. P., Robertson D. S., Niebauer T. M., Faller J. E., Science, 1998, vol. 282, pp. 2230–2234. https://doi.org/10.1126/science.282.5397.2230Savage J. C., Journal of Geophysical Research, 1984, vol. 89, pp. 1945–1952. https://doi.org/10.1029/JB089iB03p01945Savage J. C., Journal of Geophysical Research, 1984, vol. 89, pp. 1945–1952. https://doi.org/10.1029/JB089iB03p01945Forward R. L., The Moon and the Planets, 1980, vol. 22, pp. 419–433. https://doi.org/10.1007/BF00897287Forward R. L., The Moon and the Planets, 1980, vol. 22, pp. 419–433. https://doi.org/10.1007/BF00897287Peters A., Chung K. Y., and Chu S., Metrologia, 2001, vol. 38, pp. 25–61. https://doi.org/10.1088/0026-1394/38/1/4Peters A., Chung K. Y., and Chu S., Metrologia, 2001, vol. 38, pp. 25–61. https://doi.org/10.1088/0026-1394/38/1/4Le Gouet J., Mehlstaubler T., Kim J., Merlet S., Clairon A., Landragin A., and Pereira Dos Santos F., Applied Physics B, 2008, vol. 92, pp. 133–144. https://doi.org/10.1007/s00340-008-3088-1Le Gouet J., Mehlstaubler T., Kim J., Merlet S., Clairon A., Landragin A., and Pereira Dos Santos F., Applied Physics B, 2008, vol. 92, pp. 133–144. https://doi.org/10.1007/s00340-008-3088-1Домнин Ю. С., Ёлкин Г. А., Новосёлов А. В., Барышев В. Н., Копылов Л. Н., Малышев Ю. М., Пальчиков В. Г. Применение холодных атомов цезия в квантовых стандартах частоты // Квантовая электроника. 2004. Вып. 34. № 12. С. 1084–1095.Domnin Yu. S., Elkin G. A., Novoselov A. V., Baryshev V. N., Kopylov L. N., Malyshev Y. M., Pal’chikov V. G., Quantum Electronics, 2004, vol. 34, no. 12, pp. 1084–1095. https://doi.org/10.1070/QE2004v034n12ABEH002749Домнин Ю. С., Барышев В. Н., Бойко А. И., Елкин Г. А., Новоселов А. В., Копылов Л. Н., Купалов Д. С. Цезиевый репер частоты фонтанного типа МЦР-Ф2 // Измерительная техника. 2012. № 10. С. 26–30.Domnin Yu. S., Baryshev V. N., Boiko A. I., Elkin G. A., Novoselov A. V., Kopylov L. N., Kuplaov D. S., Measurement Techniques, 2013, vol. 55, no. 10, pp. 1155–1162. https://doi.org/1007/s11018-012-0102-0Домнин Ю. С., Барышев В. Н., Бойко А. И., Ёлкин Г. А., Новосёлов А. В., Копылов Л. Н., Купалов Д. С. Цезиевые реперы частоты фонтанного типа МЦР-Ф1 и МЦР-Ф2 // Мир измерений. 2012. Вып. 134. № 4. С. 30–34.Domnin Y. S., Baryshev V. N., Boiko A. I., Elkin G. A., Novoselov A. V., Kopylov L. N., Kuplaov D. S., Measurements World, 2012, vol. 134, pp. 30–34.Kasevich M., and Chu S., Phys. Rev. Lett., 1991, vol. 67, pp. 181–184. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.67.181Kasevich M., and Chu S., Phys. Rev. Lett., 1991, vol. 67, pp. 181–184. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.67.181Schmidt M., Senger A., Hauth M., Freier C., Schkolnik V., and Peters A., Gyroscopy and Navigations, 2011, vol. 2, pp. 170–177. https://doi.org/10.1134/S2075108711030102Schmidt M., Senger A., Hauth M., Freier C., Schkolnik V.,Zhou L., Xiong Z. Y., Yang W., Tang B., Peng W. C., Hao K., Li R. B., Liu M., Wang J., and Zhan M. S., General Relativity and Gravitation, 2011, vol. 43, pp. 1931–1942. https://doi.org/10.1007/s10714-011-1167-9and Peters A., Gyroscopy and Navigations, 2011, vol. 2, pp. 170–177. https://doi.org/10.1134/S2075108711030102Zhou L., Xiong Z. Y., Yang W., Tang B., Peng W. C., Hao K., Li R. B., Liu M., Wang J., and Zhan M. S., General Relativity and Gravitation, 2011, vol. 43, pp. 1931–1942. https://doi.org/10.1007/s10714-011-1167-9Zhou L., Xiong Z. Y., Yang W., Tang B., Peng W. C., Hao K., Li R. B., Liu M., Wang J., and Zhan M. S., General Relativity and Gravitation, 2011, vol. 43, pp. 1931–1942. https://doi.org/10.1007/s10714-011-1167-9

The authors declare that there are no conflicts of interest present.