rubidiumatomikellot

Rubidiumatomikellot ovat atomikelloja, joiden viitefrekvenssi määräytyy rubidium-87-atomin maatasoisen hyperfine-siirtymän mukaan. Tämä siirtymä vastaa noin 6,834 GHz:n taajuutta.

Toimintaperiaate perustuu rubidium-87-atomien höyrykammiossa tapahtuvaan optiseen pumpaukseen ja mikrobiaaltoväylän resonanssiin. Atomeja pumpataan valon avulla tiettyyn hyperfine-tasoon, ja noin 6,834 GHz:n mikroaaltosignaali kiertää kammiossa. Kun taajuus on oikea, resonanssi muuttaa atomien absorptio- ja läpäisyominaisuuksia, ja tästä syntyvä signaali säätää kellon siten, että mikroaaltotaajuus pysyy hyperfine-siirtymän taajuudessa.

Kellon rakenne koostuu rubidium-vapourkammioesta, optisesta pumppauslähteestä (yleensä LED tai laser), mikroaaltolähettimestä ja resonanssikammioista, fotodetektorista sekä ohjaus- ja stabilointielektroniikasta sekä lämpö- ja magneettisuojauksista. Pienikokoiset versiot, kuten chip-scale atomic clocks (CSAC), integroidaan usein yhteen pienikokoiseen pakettiin, mikä mahdollistaa erittäin kompaktin ja energiaa säästävän kellon.

Sovellukset ja merkitys: Rubidium-kelloja käytetään sekundaarisina aikastandardeina telekommunikaatiossa, verkkojen synkronoinnissa sekä joidenkin GPS- ja satelliittipalveluiden taustajärjestelmissä sekä laboratoriokäytössä.

Hyödyt ja rajoitukset: Ne tarjoavat hyvän lyhytaikaisen vakauden, luotettavuuden ja koon sekä kohtuullisen energiankulutuksen. Rajoitteita ovat ympäristön lämpötila- ja magneettikenttien vaikutukset sekä pitkän aikavälin drift, jonka hallinta vaatii säännöllistä kalibrointia.