Способ изготовления газовых ячеек для квантового стандарта частоты

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГАЗОВЫХ ЯЧЕЕК ДЛЯ КВАНТОВОГО СТАНДАРТА ЧАСТОТЫ , включающий вакуумирование газовьк ячеек, обезгаживание при температуре 300-350°С, наполнение смесью инертных газов и щелочным металлом, калибровку, отпаивание и измерение действительного значения частоты, отличающийся тем, что, с целью повьппения выхода годных,после измерения действительного значения частоты газовые ячейки нагревают до 140-180 С, вьдерживают при этой температуре в течение 15-25 ч, охлаждают до комнатной температуры и дополнительно измеряют действительное значение частоты, причем операции Нагрева, выдержки и охлаждения повi торяют 1-7 раз, пока относительная разность между двумя последователь (Л ными измерениями не станет меньше .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 9/18

3(50 Н

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3527498/18-21 (22) 24.12.82 (46) 23,04.84. Бюл. В 15 (72) Ю,К. Евлампиев, О.О. Видковский, В.И. Хуторщиков и В.В. Чалый (53) 621.317.33 (088.8) (56) 1. Исследование процесса калибровки газовых ячеек для стандартов частоты с оптической накачкой.

"Вопросы радиоэлектроники", сер. общетехническая, вып. 3, 1970, с. 108.

2. А.И. Пихтелев и др. Стандарты частоты и времени на основе квантовых генераторов и дискриминаторов. М., "Советское радио", 1978, с. 108 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГАЗОВЫХ

ЯЧЕЕК ДЛЯ КВАНТОВОГО СТАНДАРТА ЧАСТОТЫ, включающий вакуумирование газовых ячеек, обезгаживание при температуре 300-350 С, наполнение смесью инертных газов и щелочным металлом, калибровку, отпаивание и измерение действительного значения частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годных, после измерения действительного значения частоты газовые ячейки нагревают до 140-180 С, выдерживают при этой о температуре в течение 15-25 ч, охлаждают до комнатной температуры и дополнительно измеряют действительное значение частоты, причем операции нагрева, выдержки и охлаждения повторяют 1-7 раз, пока относительная разность между двумя последовательными измерениями не станет меньше

5 ° 10

88085 М

10

I 10

Изобретение относится к техноло - гии электронных устройств и предназначено для изготовления газовых ячеек для квантовых стандартов частоты с оптической накачкой.

Известен способ изготовления газовых ячеек путем вакуумирования обезгаживания баллонов,ячеек, напол" нения их металлом и буферными газами ка 1ибровки, и отнаивания от вакуумной схемы (1) .

Однако газовые ячейки, изготовленные этим способом, имеют погрешности номинального значения частоты около 30 Гц, что недостаточно при повышенных требованиях к точностным характеристикам газовых ячеек.

Кроме того, недостатком этого способа является также го нетехнологичность, вызванная наличием двух отпаев, что приводит к сдвигу частоты газовых ячеек из-за газовыделений из стекла во внутренний объем газовых ячеек. Наличие двух отпаев и связанное с этим газовыделение, приводит также к уменьшению надежности газовых ячеек.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ изготовления газовых ячеек для квантового стандарта частоты, включающий вакуумирование газовых

0 ячеек, обезгаживание при 300-350 С, наполнение смесью инертных газов и щелочным металлом, калибровку, отпаивание и измерение действительного значения частоты (ДЗЧ) p) .

Однако газовые ячейки являются недостаточно надежными (интенсив-6 ность отказов составляет (3-5) 10 ) и имеют неудовлетворительную долговременную стабильность на протяжении срока службы, величина которой

5f ф1 составляет — = (4-5) 10 где f u

У

ДŠ— значение частоты и изменение частоты.

Кроме того, наблюдается выход в брак до 10Х изделий иэ-эа несоответствия требуемым значениям ДЗЧ.

Целью изобретения является повышение выхода годных изделий.

Поставленная цель достигается .тем, что согласно способу изготовления газовых ячеек для квантового стандарта частоты, включающему вакуумирование газовых ячеек, обеэгаживание при температуре 300-350 С, наtS

55 полнение смесью инертных газов и щелочным металлом, калибровку, отпаивание и измерение действительного значения частоты, после измерения действительного значения частоты газовые ячейки нагревают до температуры 140-180 С, выдерживают

0 при этой температуре в течение 1525 ч, охлаждают до комнатной температуры и дополнительно измеряют действительное значение частоты, причем операции нагрева, выдержки и охлаждения повторяют 1-7 раз,пока относительная разность между двумя последовательными измерениями не станет меньше 5 10

Скорость нагрева и охлаждения ячеек не должна превышать 50 /ч, о чтобы исключить возможность температурного растреекивания стекла. физическая суть способа заключается в том, что при вьдержке от 140 о до 180 С с внутреннего поверхностного слоя стекла ячейки происходит вьделение молекул Н О, СО, СН, С Н, ЫН, СО и т.д. В результате взаймодействия рубидия с активной составляющей газовьделений (в основном представляющей собой пары воды) выделяется водород, который вызывает сдвиги частоты СВЧ перехода в атомах рубидия в газовой ячейке.

При температуре меньше 140 С процесс газовьделения с поверхностного слоя протекает замедленно, а при температуре свыше 180 С происходит о интенсивное газовьделение из внутреннего объема стекла, что приводит к смещению величины ДЗЧ.

Рассмотрим изготовление трех газовых ячеек со значением частоты

f = 6834682612,5 Гц, при погрешности, измерительной аппаратуры Qf = 1 Гц (6Ю = 1,5° . 10 " ).

Приваривают три заготовки газовых ячеек к вакуумному мосту, вакуумируют их до 1 ° 10 4Па, обезгаживают при

3 0 С, наполняют смесью инертных raО зов NZ+KI и щелочи мет ом КЬ 87 откалибровывакй в аппаратуре калибровки газовых ячеек и отпаивают от вакуумного моста. Затем измеряют ДЗЧ газовых ячеек; ft 6834682535,5 Гц, Е2 = 6834682535ь3 Гцэ f

= 6834682535,7 Гц. После этого газовые ячейки нагревают в термостате со скоростью 35-45 /ч до 150 С, вьдеро живают при этой температуре 24 ч и со скоростью 35-45 /ч охлаждают до и так как Ь f o (f„" — f (20 то ячейки также считаются изготовленными.

Экспериментально установлено,что

15-25 ч являются оптимальными для выдержки газовых ячеек. При вьщерж- 25 ке менее 15 ч процесс протекает замедленно, а при выдержке более

25 ч происходит интенсивное газовыделение из внутреннего объема стекла, что приводит к смещению величины З0

ДЗЧ. Увеличение количества укаэанных циклов более семи нецелесообразно из-за черезмерного увеличения вре": мени изготовления ячеек.

По сравнению с известным способом надежность газовых ячеек, изготовленных по предлагаемому способу повышена в-2 раза. Кроме того, улучшена долговременная стабильность газовых ячеек, которая не превышает 1 ° Ig что в 4 раза меньше, чем по известному способу.

Изготовление газовых ячеек по предлагаемому способу способствует созданию квантовых стандартов частоты повышенной надежности и стабильности

Составитель Д. Рау

Редактор О. Черниченко Техред И. Г"ергель Корректор А. Зимокосов

Заказ 2683/50 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4 з 1088085 4 комнатной температуры, затем вторич- I(2-3», р 4» } .но измеряют ДЗЧ,которые получены

1 1 цть гцу 2 3 Ц)ь 0 У равными: Р 6834682538,3 Гц, Таким образом, после-первого цик2 в цю

= 6834682540,0 Гц. ла .все ячейки имеют отклонение час»+» ь тоты больше заданного. Снова прово-

Определяют разности (f„-f„) и дят операции нагрева, выдержки,охсравнивают с g f = 1 Гц, где и — лаждения и измерения частоты и сравномер газовой ячейки, i — порядковый нения ее значения с заданным В реномер операции.

1О эультате получено

fç = 6834672539,8 Гц )Ез Еъ ) = 1,5 Гц 1 Ь Е = 1 Гц

Еэ = 6834682538,0 Гц, )f3 — f! = 0,9 Гц (Е = 1 Гц

Еэ = 6834682542,0 Гц, (Ез f>) = 2,0 Гц > Ь Е 1 Гц

Вторую ячейку можно считать изго- торяют цикл нагрева, выдержки и охтовленной, а с первои и третьеи пов- лаждения. Новые значения частоты

1Е = 6834682540,3 Гцу /Е, - Е„(= 0,5 Гц, (t! Е 1 Гц, Е" = 6834682542,5 Гц, (Еэ - f (= 0,5 Гц» а оЕ = 1 Гц,