Описание промпта

В абсолютных гравиметрах на основе интерферометрии холодных атомов стабильный, чистый и контролируемый атомный источник является физической основой и логической отправной точкой для всего прецизионного измерительного эксперимента. Ультрахолодный атомный ансамбль, на котором основана система, не возникает из ниоткуда, а начинается с точной манипуляции и охлаждения горячего атомного пара. Следовательно, основная задача атомного источника - предоставить начальное атомное облако, отвечающее требованиям последующих этапов лазерного охлаждения и захвата. Это начальное условие напрямую влияет на количество атомов, захваченных в магнитооптическую ловушку (МОТ), скорость загрузки и долговременную стабильность системы, в конечном итоге влияя на контраст интерференционного сигнала и отношение сигнал/шум измерения. Самая традиционная и простая схема атомного источника заключается в использовании стеклянной колбы или металлической камеры, содержащей щелочные металлы (такие как рубидий или цезий), полагаясь на давление насыщенного пара самого металла при комнатной температуре или при небольшом нагреве для обеспечения атомов. Однако этот метод имеет очевидные ограничения: атомный поток трудно контролировать быстро и точно; тепловое излучение, генерируемое высокими температурами, увеличивает тепловую нагрузку вакуумной системы; что более важно, непрерывный поток атомов с высокой плотностью создает огромную нагрузку на сверхвысоковакуумную систему, ограничивая улучшение предельного вакуума системы, тем самым влияя на время жизни и время когерентности холодных атомов. Чтобы преодолеть эти недостатки, в современных высокопроизводительных гравиметрах на холодных атомах обычно используются рубидиевые диспенсеры с электрическим управлением в качестве атомного источника. Диспенсер, или «рубидиевый источник», представляет собой миниатюрное устройство для высвобождения твердого рубидия с электрическим управлением, заключенное в корпус с использованием специального процесса. Его ядром является металлическая трубка (обычно из никелевого сплава или нержавеющей стали), заполненная рубидий-хромовым сплавом или металлическим рубидием. Наполнитель внутри трубки изготавливается методом порошковой металлургии, а концы запечатываются электродами. Его принцип работы основан на контролируемой сублимации под действием эффекта Джоуля. Когда к электродам на обоих концах диспенсера прикладывается точно контролируемый ток (обычно несколько ампер), ток проходит через металлическую трубку с соответствующим сопротивлением и ее внутренний наполнитель, генерируя тепло Джоуля. По мере того, как температура поднимается до точки сублимации рубидия (температура сублимации металлического рубидия составляет примерно 300°C), твердые атомы рубидия получают достаточно энергии, чтобы напрямую перейти в газовую фазу и высвобождаются в окружающую вакуумную камеру в виде атомного пара через микропоры на стенке трубки или специально разработанные отверстия (в некоторых конструкциях используются открытые металлические полосы). Конструкция диспенсера воплощает в себе точные инженерные соображения. Во-первых, связь между его током и температурой строго откалибрована, что позволяет экспериментаторам цифровым образом и мгновенно контролировать поток высвобождаемых атомов, регулируя величину и длительность импульса управляющего тока. Во время фазы загрузки магнитооптической ловушки можно приложить импульс большего тока, чтобы быстро создать более высокий атомный поток, ускоряя начальный процесс захвата МОТ. Как только захвачено достаточное количество атомов, ток диспенсера можно немедленно уменьшить или полностью выключить, и высвобождение атомов соответственно прекращается. Этот режим «по требованию» имеет два основных преимущества: во-первых, он значительно снижает ущерб предельному вакууму системы. Во время фазы интерференционных измерений в вакуумную камеру почти не впрыскиваются горячие атомы, и фоновое давление может поддерживаться на очень низком уровне (обычно требуется ниже 10-8 Па), тем самым сводя к минимуму столкновительные возмущения остаточных молекул газа на когерентные падающие атомы, обеспечивая длительное