Немецкий цезиевый атомный эталон PTB модернизирует систему управления AWG, добавлен режим Sequence Restart

Репортаж от Wedoany，16 сентября немецкая компания Spectrum Instrumentation объявила о последнем применении своих генераторов произвольной формы (AWG) в модернизации цезиевых фонтановых атомных часов в Федеральном физико-техническом институте Германии (PTB). PTB интегрировала AWG-карты Spectrum M4x.6622-x4 в формате PXIe в две системы цезиевых фонтановых часов CSF1 и CSF2, заменив часть оригинальных заказных аналоговых схем управления цифровой системой генерации сигналов для обеспечения радиочастотных сигналов в процессах лазерного охлаждения, запуска атомов и детектирования состояния. CSF1 и CSF2 совместно участвуют в поддержании национальной шкалы опорного времени Германии UTC (PTB).

Цезиевые фонтановые часы PTB используют переход между основными состояниями атома цезия-133 в качестве эталона частоты. В процессе работы атомы цезия сначала охлаждаются до уровня микрокельвинов с помощью магнитооптической ловушки или оптической патоки, а затем выталкиваются лазером вверх. Облако атомов дважды проходит через микроволновый резонатор Рамзея во время подъёма и спуска, и система фиксирует резонансную частоту атомов путём измерения вероятности перехода. Один полный цикл измерения составляет около 1,2 секунды и выполняется непрерывно в течение 24 часов.

Ключевое оборудование данной модернизации M4x.6622-x4 отвечает за генерацию радиочастотных сигналов, необходимых для управления акустооптическими модуляторами, тем самым контролируя частоты лазеров, используемых на этапах охлаждения, запуска и детектирования атомов цезия. Ранее PTB использовала заказные аналоговые электронные системы для выполнения этих задач управления, однако по мере повышения требований к долгосрочной эксплуатации и обслуживанию оборудования исследовательская группа начала переводить соответствующие цепи управления на цифровую архитектуру AWG.

В процессе интеграции системы PTB выдвинула требование, чтобы каждый лазер вызывал определённую последовательность сигналов на различных этапах работы атомных часов, и существующий режим работы AWG не мог напрямую удовлетворить это требование по синхронизации. Затем Spectrum разработала для M4x.6622-x4 режим Sequence Restart Mode, позволяющий перезапускать последовательность сигналов по внешнему управляющему сигналу и синхронизировать её с рабочим циклом фонтановых часов. После разработки данной функции она была протестирована в системе PTB.

Spectrum расширила режим Sequence Restart Mode на серии AWG 65xx и 66xx и предоставляет его существующим пользователям бесплатно через последнюю версию драйвера. Серии 65xx и 66xx относятся к линейке высокоскоростных генераторов произвольной формы Spectrum и могут использоваться для генерации многоканальных радиочастотных и сложных сигналов; новый режим работы был создан под влиянием реальных потребностей управления атомными часами PTB.

Две системы цезиевых фонтановых часов PTB используются не только для генерации официального времени Германии, но и участвуют в глобальном сравнении данных атомных часов и создании международного атомного времени. Системы лазерного управления, микроволнового возбуждения и синхронизации, необходимые для работы атомных часов, требуют долгосрочной непрерывной работы, и данная модернизация AWG в основном направлена на звено радиочастотного управления лазерами.