patrón primario de frecuencia de átomos fríos pre t2 jue-5

Patrón Primario de Frecuencia de Átomos Fríos, CENAM CsF‐1

División de Tiempo y FrecuenciaCENAM

ENME2009

ContenidoTiempo y Frecuencia

Introducción

Trampa Magneto Óptica de Cs

Región de VueloRegión de Vuelo

Sistema Óptico

Oscilador Local

Conclusiones

ENME2009

Introducción

Reloj atómico de haz térmico con bombeo ópticoReloj atómico de haz térmico con bombeo ópticoTiempo y Frecuencia

F’ = 4F’ = 3

F’ = 5

o a escala

Oscilador local

F = 4

F’ = 2

kBT

No

FREQUENCY

GAIN

Lazo de amarre

F = 3

Láser debombeo

Láser dedetección

Horno de Cesio

Cavidad de microondas

ENME2009

bombeo detección

Limitaciones de un Patrón Primario de Frecuencia

Tiempo y Frecuencia

El principio de incertidumbre de Heisenberg

2h

≥∆∆ tE νhE =2

Hz100≈∆ν Hz100≈∆ν

1413Incertidumbre en la reproducción del segundo 1413 101101 −− ×−×≈

ENME2009

Cavidades más grandes o átomos más lentos?Cavidades más grandes o átomos más lentos? Tiempo y Frecuencia

Hz 1≈∆ν

1615 101101 −−

Incertidumbre

1615 101101 ×−×≈

ENME2009

Tiempo y Frecuencia

Reloj de Haz Térmico Vs Fuente Atómica

a.u.

sitio

n pr

obab

lity

/

-60 -40 -20 0 20 40 60

Tran

s

Frequency offset / Hz

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ÓCENAM CsF‐1: Trampa Magneto Óptica Tiempo y Frecuencia

Características:

Esfera de 15 cm de diámetro de acero inoxidable de 12 puertos.

Ventanas con cubierta antirreflejante, transmisión mayor a 99 % para 852 nm.

Dos bobina en configuración anti‐Helmholtz, 15 cm de radio, 2 A.

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Ó

Caracterización: Número de átomos atrapados

Tiempo y FrecuenciaCENAM CsF‐1: Trampa Magneto Óptica


νNrhP Ω=

ENME2009

Ó



p

ENME2009

Ó Tiempo y FrecuenciaCENAM CsF‐1: Trampa Magneto Óptica

Caracterización: Número de átomos atrapadosp

ENME2009

Ó

Caracterización: Temperatura Nube Atómica


Tkmv B2 31=

Di

Tkmv Be 22

if DDv −=

DetectorLáseres de

ve t

v

Df

enfriamiento

Señal de fluorescencia

Láser de detección

ENME2009


Caracterización: Temperatura Nube Atómica

0.10 Data: Data1_BModel: Gauss

0.05

Chi^2 = 0.00004R^2 = 0.98975 y0 -0.10475 ±0.00053xc 0.03598 ±0.00006w 0.02243 ±0.00015A 0.00497 ±0.00004A)

-0.05

0.00

ores

cenc

ia (U

A

cm/s 12e ≈v

-0.10

Fluo

K80µ≈T

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10-0.15

Tiempo (s)

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ENME2009

ó d lCENAM CsF‐1: Región de Vuelo Tiempo y Frecuencia

Características:

Contenedor cilíndrico de cobre (tubo de l ) d 0 5 d l it d 0 13 dvuelo) de 0.5 m de longitud y 0.13 m de

diámetro.

Tres cilindros concéntricos de µ‐metalTres cilindros concéntricos de µ metal (blindaje magnético). Dimensiones del cilindro interno 0.34 m de diámetro por 0.656 m de altura

Dos cavidades de microondas cilíndricas de cobre.

Una bobina de 15 cm de diámetro fuera del tubo de vuelo.

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ó d l Tiempo y FrecuenciaCENAM CsF‐1: Región de Vuelo

ENME2009

ó d l Tiempo y FrecuenciaCENAM CsF‐1: Región de Vuelo

Blindaje magnético Punto de retorno

Tubo de vacío y bobina de campo C ~45 cm

Cavidad de preparación

Cavidad de microondas

15 cm

Región de

Región de enfrimiento

15 cm

Región de detección

B bi ti H l h lt

Contenedor de Cs-133

Hacia sistema de

vacío

Bobinas anti-Helmholtz

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CENAM CsF 1: Sistema ÓpticoCENAM CsF‐1: Sistema Óptico

Fuentes de Luz

Tiempo y Frecuencia

Láser DFB EagleyardEYP‐DFB‐0852‐00150‐1500‐TOC03‐0000EYP‐DFB‐0852‐00150‐1500‐TOC03‐0000

Longitud de onda 852 nm

150 mW de potencia

Termistor y TEC incluido

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CENAM CsF 1: Sistema Óptico Tiempo y FrecuenciaCENAM CsF‐1: Sistema Óptico

Fuentes de Luz: Características espectrales

F’ = 5F’ = 5

Láser DFBLáser DFB

62p3/2

F = 5

F’ = 4

F’ = 3

251 MHz

201 MHz

151 MHz

62p3/2

F = 5

F’ = 4

F’ = 3

251 MHz

201 MHz

151 MHz

F=4 → F’=5 F=4 → F’=4F=4 → F’=3

Láser DBR

F=4 → F’=5 F=4 → F’=4F=4 → F’=3

Láser DBR

F = 4

F’ = 2151 MHzD2

852 nmF = 4

F’ = 2151 MHzD2

852 nm

áseáse62s1/2

F = 3

9.2 GHz62s1/2

F = 3

9.2 GHz

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F’ = 5251 MHz

F’ = 5251 MHz

62p3/2 F’ = 4

F’ = 3

251 MHz

201 MHz

151 MH

62p3/2 F’ = 4

F’ = 3

251 MHz

201 MHz

151 MHLáser DFB

F = 4

F’ = 2151 MHzD2

852 nmF = 4

F’ = 2151 MHzD2

852 nmLáser DBR

62s1/2

F = 4

9.2 GHz62s1/2

F = 4

9.2 GHz

F = 3F = 3

ENME2009



F=4 → F’=4Láser DFB F=4 → F’=4Láser DBRF=4 → F’=4Láser DFB F=4 → F’=4Láser DBR

F=4 → F’=3 F=4 → F’=5 F=4 → F’=3F=4 → F’=3 F=4 → F’=5 F=4 → F’=3

F=4 → F’=5

F 4 → F 5 F 4 → F 3

F=4 → F’=5

F 4 → F 5 F 4 → F 3

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ENME2009


Arreglo óptico láseres de enfriamiento

DA

LPFMixer

- +

Servo Loop

PD

BS

90 MHz

200 kHz

AOMM

PBSL

λ/2

SlaveLaser M

Cs

M

M BS

CoolingLaser

λ/4λ/2

L

LPBS

λ/2

AOM

λ/4

L84 MHz

OIBS

L

L

L

λ/2 SFVertical

up

84 MHz + δ

λ/2 λ/2 MPBS

SF

λ/2L L

AOM

λ/4

MPBS

Lλ/2

SFVerticaldown

84 MHz - δ HorizontalBSAO

M

λ/4

MPBS

HorizontalENME2009


Sistema de adquisición de datos

ENME2009


ENME2009

CENAM CsF 1: Oscilador Local Tiempo y Frecuencia

Osciladores de Zafiro de ultra bajo ruido de fase

CENAM CsF‐1: Oscilador Local

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Conclusiones Tiempo y FrecuenciaConclusionesEl CENAM CsF‐1 se encuentra en las etapas finales de construcción.

Se están empezando a realizar las primeras pruebas de post‐enfriamiento y lanzamiento de la nube atómica.

En los próximos meses se espera obtener los primeros espectros de Ramsey.p p p p y

Después del análisis de errores sistemáticos se espera alcanzar una exactitud en la reproducción del segundo del orden de 10‐15 o mejor.

.u.

tion

prob

ablit

y / a

-600 -400 -200 0 200 400 600

Tran

sit

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Frequency offset / Hz

patrón primario de frecuencia de átomos fríos pre t2 jue-5

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