progresos en el cenam en el desarrollo de patrones ... en el cenam... · unidad de tiempo del si...
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5 Progresos en el CENAM en el desarrollo de patrones primarios
de frecuencia
J. Mauricio López R. , Sergio López López
División de Tiempo y Frecuencia,
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3. CsF-1. Reloj atómico de átomos fríos: Fuente atómica
CONTENIDO
1. Introducción: la unidad de tiempo
2. CsOp-1. Reloj atómico de haz térmico bombeado ópticamente
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La unidad de tiempoDefinición
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Un segundo es la duración de 9 192 631 770 períodos de la radiación asociada a la transición hiperfina del
estado base del átomo de Cesio-133
13a Conferencia Internacional de Pesas y Medidas, octubre 1967
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5
INTERACCION
ENER
GIA
Primeros niveles de energía del átomo de Cesio-133
11 subniveles9 subniveles7 subniveles5 subniveles
9 subniveles
7 subniveles
9 subniveles
7 subniveles
Efecto ZeemanEléctrica
≈850
nmF’=5F’=4F’=3F’=2
F’=4
F’=3
F’=4
F’=3
Electrón Núcleo
9192631770Hz
251MHz
200MHz
150MHz
1167MHz
62P3/2
62P1/2
62S1/2
Espín-órbita
≈100
GH
z≈8
94nm
No
a es
cala
+ + +Cent
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CsOp-1- Reloj atómico de haz térmico de bombeo óptico -
Incertidumbre 4×10-14
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9.192631770δ GHz
T≈100oC
Detector
Arquitectura del CsOp-1
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Vista parcial del CsOp-1
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CsO
ven
Vaccum system
VaccumCavity
Optical pumpingwindow
Optical detectionwindow
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Vaccum CavityC
sOve
n
Pumpingwindow
Detectionwindow
- Top View -Ce
ntro
Nac
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Met
rolo
gía
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erec
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Optical System of the CsOP-1
Detectionlaser
Pumpinglaser
Det
ecto
r sfo
rla
sers
stab
iliza
tion
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5
Frecuencia que define a la unidad de tiempo del SI
180 kHzPr
obab
ilida
d de
Tra
nsic
ión
Espectro de Ramsey del CsOp-1
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5
Franja de Ramsey del CsOp-1
Frecuencia que define a la unidad de tiempo del SI
1 kHz
Prob
abili
dad
de T
rans
ició
n
(línea central del espectro de Ramsey)
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5
CsF-1- Reloj Atómico de átomos fríos: Fuente Atómica -
Incertidumbre 2×10-15
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5
Principio de operación de un reloj de fuente atómica
Seis haces de luz infraroja especialmente acondicionada asistida por una campo magnético permiten el atrapamiento y enfriamiento de gas de Cesio-133 a
temperaturas tan bajas como 1 microKelvin sobre el cero absoluto.
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5 Arquitectura básica del CsF-1El reloj de átomos fríos del CENAM
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5 CsF-1Sistema Mecánico
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5 CsF-1Sistema Mecánico
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5 Esfera de acero inoxidable para el confinamiento de los átomos fríos de
Cesio-133
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La esfera con 12 puertos de la trampa magneto-óptica del CsF-1 para el atrapamiento de los átomos de Cesio-133.
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5
Diseño de las bobinas generadoras del campo magnético en
configuración anti-Helmholtz para crear una “botella” magnética para
el confinamiento de átomos ultrafríos de Cesio-133
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5
Bobinas generadoras del campo magnético en configuración anti-Helmholtz para crear una “botella” magnética para el confinamiento
de átomos ultrafríos de Cesio-133
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5
Sistema de vacío dél CsF-1
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5 CsF-1Vista parcial del sistema óptico
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5
Cámara ultra-rápida sensible al infrarojo para la detección y medición de la evolución temporal de la nbe de átomos fríos de
Cesio-133
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5
CsF-1Estimaciones de desempeño
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5
-60 -40 -20 0 20 40 60
v oz= 4.9 m/s T= 3 µ K δν =1.2Hz h=30cm paso= 0.2 Hz
σ =.01 m/s
-60 -40 -20 0 20 40 60
σ=.005 m/s
Corrimiento en frecuencia (Hz)
-60 -40 -20 0 20 40 60
σ = 0.001 m/s
Cálculos numéricos del patrón de resonancias del CsF-1
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- 6 0 - 4 0 - 2 0 0 2 0 4 0 6 0
σ = . 0 1 m / s
- 6
CsF-1 Clarion et al
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5
0 - 6 0 - 4 0 - 2 0 0 2 0 4 0 6 0
C o r r i m i e n t o e n f r e c u e n c i a (
-
σ = 0 . 0 0 1 m / s
CsF-1 Clarion et al
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5
-2 -1 0 1 2
1.2Hz
Corrimiento en frecuencia (Hz)
CsF-1 Clarion et al
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200
5 Progresos en el CENAM en el desarrollo de patrones primarios
de frecuencia
J. Mauricio López R.
División de Tiempo y Frecuencia,
GRACIAS
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200
5