Parte mecánica de una trampa magneto-óptica (MOT)

1. Parte mecánica de una trampa magneto-óptica (MOT)

2. Bobinas anti-Helmholtz de una MOT

3. Vista parcial del arreglo experimental de una MOT

4. Arquitectura Básica de un reloj de átomos fríos

5. Relojes atómicos y experimentos con átomos ultrafríos en el CENAM Blindaje magnético Bobina de campo C La Trampa Magneto-Óptica del CENAM forma parte de un proyecto mayor en el cual se construye un reloj atómico de átomos ultrafríos denominado Fuente Atómica, el CsF-1. Cavidad de microondas Láser de detección Fotodetector Cámara de enfriamiento Válvula de titanio Depósito de Cesio CsF-1, CENAM

6. Síntesis y control de frecuencia en los relojes atómicos de Cesio

7. salida al tubo de cesio filtro de 9.192Ghz Diodo recobrador de pasos Amplificador de potencia Filtro de 510.7Mhz Entrada de control por computadora 10.7MHz SDD x4 100MHZ 5MHz x 2 1/10 x5 Entrada de referencia de 5MHz Diagrama de bloques del sintetizador de microondas La entrada de 5Mhz se multiplica para obtenerla frecuencia de resonancia del Cs. El control por computadora del sintetizador Digital Directo (SDD) permite sintonizar y modular

8. Tubo de Cesio Convertidor Analógico-digital DRP x18 510.7 MHz 10.7 MHz Filtro SDD Computadora Dn x 100 10 MHz Diagrama de bloques del lazo de amarre (digital), mostrando las principales componentes para la medición de frecuencia

9. Tubo de cesio Detector de sincronía Modulador Sintetizador de frecuencia Integrador Oscilador de cristal de cuarzo Señal del tubo de Cs Representación simplificada del sistema electrónico (analógico) de lazo de amarre en un reloj de cesio

10. Oscilador atómico de cesio Desventajas • Tiempo considerable de calentamiento (3 a 4 horas) • Tubo de cesio “desechable” • No es muy práctico • Gran tamaño • Peso considerable • Alto costo Ventajas • No presenta envejecimiento* (patrón primario) • Coeficiente de temperatura bajo • Buen desempeño ante radiaciones • Baja sensibilidad a la altitud y a campos magnéticos externos

11. Oscilador atómico de Rubidio

16. Oscilador Atómico de Rubidio Ventajas • Lapso corto de Calentamiento • Baja sensibilidad a la radiación • Baja sensibilidad a aceleraciones lineales • Tamaño pequeño • Peso bajo • Bajo costo • Práctico y transportable Desventajas • Envejecimiento considerable • Alto coeficiente de temperatura • Alto consumo de energía (comparado con osciladores de Cuarzo)

17. Oscilador de Máser de Hidrógeno

18. EL EFECTO MASER

19. Emisión espontánea Eb Ea Sistema cuántico de dos estados

20. Ea Eb Espacio h1 Tiempo Emisión espontánea Diagrama de Feymann para el fenómeno de emisión espontánea

21. Eb Ea Emisión estimulada Sistema cuántico de dos estados

22. Eb Ea Espacio h1 h1 h1 Tiempo Emisión estimulada Diagrama de Feymann para el fenómeno de emisión estumilada

23. Efecto Láser Decaimiento rápido E3 E3 Estado de vida corta Estado de vida corta Estado metaestable Estado metaestable E2 E2 Bombeo óptico Luz láser E1 E1 Estado base Estado base Esquema básico de los tres niveles de energía involucrados en la radiación láser Efecto Láser Esquema básico de los tres niveles de energía involucrados en la radiación láser

24. Estado base Estado excitado Fotón Efecto Láser Reacción en cadena -Amplificador de luz-

25. = Cavidad Resonante + Medio de Ganancia + Interfase Elementos básicos de un Máser Máser

26. Niveles de energía en el Láser de helio-neón Colisiones He-Ne Estado Metaestable E3 E2 20 eV E1 18 eV Luz láser 632.8 nm Bombeo (descarga eléctrica) Energía Decaimiento rápido Estados base 0 eV Estados del He Estados del Ne

27. Niveles de energía involucrados en el efecto Maser en el hidrógeno Niveles de energía en el Máser de hidrógeno F=2 P 3/2 23.7 MHz F=1 2P 10.969 GHz F=1 2S 177.6 MHz F=0 121.6 nm 1.0578 GHz F=1 P 1/2 59.19 MHz F=0 F=1 1S 1.420 GHz F=0 Interacción eléctrica Estructura fina Estructura hiperfina

28. REALIZACIÓN DE MÁSERES DE HIDRÓGENO

29. Bulbo de hidrógeno Haz de átomos de hidrógeno Cavidad de microondas Antena Selector de estados cuánticos Depósito de Hidrógeno TE011 Bobina Blindaje magnético 27 cm 27 cm Cámara de vacío Arquitectura básica de un Máser de hidrógeno

30. 0% 25% F=1 0% F=0 0% 0% 25% F=1 25% F=0 0% 25% 25% 25% F=1 25% F=1 25% F=0 25% 0% F=0 0% Selección de estados cuánticos

31. Amplificador 1.420 405 752 GHz 1.4GHz  250 Sintetizador Detector de fase 5 MHz VCXO Electrónica de un Máser Activo de hidrógeno Mezclador 20.405 752 MHz 20.405 752 MHz Lazo de amarre 5 MHz Frecuencia patrón

32. Arquitectura real de un Máser Activo de hidrógeno (KVARZ)

33. Oscilador de Máser de Hidrógeno • Ventajas • la mejor estabilidad en tiempos de promediación de 1 seg. a 106 seg • A esos tiempos de promediación tiene de 3 a 5 veces mejor estabilidad que los patrones de cesio de alto desempeño • Desventajas • Envejecimiento en un factor de 1-15/dia • NO es un patrón primario • Largo tiempo de calentamiento • Gran tamaño y peso • El costo mas alto de osciladores (máser activo)

35. Comparación de la estabilidad en frecuencia entre osciladores de Cuarzo, Cesio, Rubidio e Hidrógeno -9 Cuarzo -10 -11 Rubidio Log (y()) -12 -13 Cesio -14 -15 Maser de hidrógeno -16 -3.0 -2.0 -1.0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 Log (), segundos 1 día 1 mes