А.В. Семенко1, А.А. Луговой2, А.П. Вялых2, Г.С. Белотелов4, Д.В. Сутырин5, С.Н. Слюсарев6

1-6 ФГУП «ВНИИФТРИ» (пос. Менделеево, Московская обл., Россия)

Постановка проблемы. Поскольку относительная неопределенность воспроизведения единицы частоты оптических стандартов частоты (ОСЧ) на основе ультрахолодных атомов достигает примерно 1·10-18, они находят применение как важнейший инструмент для повышения точности измерений в спутниковой навигации, при формировании международной шкалы времени, а также для составления гравитационных карт Земли, исследования временной стабильности фундаментальных констант, поиска темной материи и проверки принципа эквивалентности Эйнштейна. В настоящее время во ФГУП «ВНИИФТРИ» разрабатываются транспортируемые ОСЧ на атомах иттербия 171Yb и стационарные ОСЧ на ультрахолодных атомах стронция 87Sr. Однако все они представляют собой стационарные лабораторные установки, которые невозможно перевозить с места на место. Таким образом, в настоящее время актуальным является создание транспортируемого ОСЧ. 

Цель. Представить перспективный транспортируемый ОСЧ на атомах иттербия.

Результаты. Рассмотрено текущее состояние разработки нового перспективного оптического стандарта частоты (ОСЧ) на основе ультрахолодных атомов иттербия. Представлен транспортируемый ОСЧ, пригодный к размещению в фургоне. Проведено сравнение габаритных размеров стационарного и транспортируемого ОСЧ.

Практическая значимость. Предполагаемые габаритные размеры (примерно 2×4×2 м) представленного транспортируемого ОСЧ на атомах иттербия меньше размеров имеющегося в ФГУП «ВНИИФТРИ» стационарного ОСЧ на атомах стронция (4×5×2 м) приблизительно в 5 раз, а энергопотребление - ниже примерно в 2-3 раза (6-8 кВт против 15 кВт).

Семенко А.В., Луговой А.А., Вялых А.П., Белотелов Г.С., Сутырин Д.В., Слюсарев С.Н. Перспективный оптический стандарт частоты // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 12. С. 147−151. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202212-14

1. Dow J.M., Neilan R.E., Rizos C. The international GNSS service in a changing landscape of global navigation satellite systems // Journal of geodesy. 2009. V. 83. №. 3. Р. 191-198.
2. Бердасов О.И. и др. Оптический стандарт частоты для национальной шкалы времени // Материалы V Междунар. конф. «Лазерные, плазменные исследования и технологии» (ЛаПлаз-2019). 2019. С. 22-23.
3. Bondarescu R., et al. Geophysical applicability of atomic clocks: direct continental geoid mapping // Geophysical Journal International. 2012. V. 191. № 1. Р. 78-82.
4. Дьяченко Д. В. и др. Апробация высокоточных навигационных технологий в интересах МВД России // Радиотехника. 2021. Т. 85. №. 8. С. 5-10.
5. Godun R.M., et al. Frequency ratio of two optical clock transitions in Yb+ 171 and constraints on the time variation of fundamental constants // Physical review letters. 2014. V. 113. № 21. Р. 210801.
6. Derevianko A., Pospelov M. Hunting for topological dark matter with atomic clocks // Nature Physics. 2014. V. 10. №. 12. Р. 933-936.
7. Altschul B., et al. Quantum tests of the Einstein Equivalence Principle with the STE–QUEST space mission // Advances in Space Research. 2015. V. 55. № 1. Р. 501-524.
8. Сутырин Д.В. и др. На пути к формированию оптической шкалы времени во ВНИИФТРИ // Квантовая электроника. 2022. Т. 52. № 6. С. 498-504.
9. Белотелов Г.С., Сутырин Д.В., Слюсарев С.Н. Разработка отдельных узлов мобильного оптического стандарта частоты на холодных атомах иттербия // Метрология в XXI веке. 2019. С. 47-50.
10. Bloom B.J., Nicholson T.L., Williams J.R., Campbell S.L., Bishof M., Zhang X., Zhang W., Bromley S.L., Ye J. // 2014. Nature. V. 506. Р. 71.
11. Nicholson T.L., et al. Systematic evaluation of an atomic clock at 2·10−18 total uncertainty // Nature communications 6.1. 2015. Р. 1-8.
12. Ushijima Ichiro, et al. Cryogenic optical lattice clocks // Nature Photonics 9.3. 2015. Р. 185-189.
13. Koller S.B., et al. Transportable optical lattice clock with 7·10−17 uncertainty // Physical review letters. 2017. V. 118. № 7. Р. 073601.
14. Fedorova E., et al. Simultaneous preparation of two initial clock states in a thulium optical clock // Physical Review A. 2020. V. 102.
    № 6. Р. 063114.
15. Gao K. The 40Ca+ ion optical clock // National science review. 2020. V. 7. № 12. Р. 1799-1801.
16. Martin K.W., et al. Compact optical atomic clock based on a two-photon transition in rubidium // Physical Review Applied. 2018. V. 9. № 1. Р. 014019.
17. Hannig S., et al. Towards a transportable aluminium ion quantum logic optical clock // Review of Scientific Instruments. 2019. V. 90. № 5. Р. 053204.
18. Kawasaki A., et al. Two-color magneto-optical trap with small magnetic field for ytterbium // Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics. 2015. V. 48. № 15. Р. 155302.
19. Belotelov G., Sutyrin D., Slyusarev S. Development of Transportable and Portable Optical Lattice Clocks on Ytterbium Atoms // 2020 Joint Conference of the IEEE International Frequency Control Symposium and International Symposium on Applications of Ferroelectrics (IFCS-ISAF). IEEE. 2020. Р. 1-4.
20. www.time-base.de.