El efecto M

1
El efecto Máser y sus aplicaciones en la
Metrología
J. Mauricio López R.
División de Tiempo y Frecuencia
2
CONTENIDO
0. Introducción
1. El efecto Máser
2. Realización de Máseres de hidrógeno
3. Cualidades metrológicas de Máseres de
hidrógeno
4. Aplicaciones en Metrología
5. Conclusiones
3
INTRODUCCION
4
The Nobel Prize in Physics 1989
"for the invention of the separated oscillatory
fields method and its use in the hydrogen maser
and other atomic clocks"
"for the development of the ion trap technique"
                               
                               
                               
Norman F. Ramsey
Hans G. Dehmelt
Wolfgang Paul
    1/2 of the prize
    1/4 of the prize
    1/4 of the prize
USA
USA
Federal Republic of Germany
Harvard University Cambridge, MA, USA
University of Washington Seattle, WA, USA
University of Bonn Bonn, Federal Republic of
Germany
b.1915
b.1922
b.1913d.1993
5
MASER
mplification by
timulated
mission of
adiation
6
1958 invensión del láser
Infrared and optical Masers, Phys. Rev. , 1958
Charles H. Townes
Bell Labs
Arthur L. Schawlow
Bell Labs
7
EL EFECTO MASER
8
Emisión espontánea
Sistema cuántico de dos estados
9
Emisión espontánea
Diagrama de Feymann para el fenómeno de emisión
espontánea
10
Emisión estimulada
Sistema cuántico de dos estados
11
Emisión estimulada
Diagrama de Feymann para el fenómeno de emisión
estumilada
12
Efecto Láser
Esquema básico de los tres niveles de energía
involucrados en la radiación láser
13
Efecto Láser
Reacción en cadena
-Amplificador de luz-
14
Elementos básicos de un
Máser
Máser
15
Niveles de energía en el Láser de helio-neón
Colisiones He-Ne
Estado Metaestable
E2
E3
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
16
Niveles de energía en el Máser de hidrógeno
F2
P 3/2
23.7 MHz
F1
2P
10.969 GHz
F1
2S
177.6 MHz
F0
121.6 nm
1.0578 GHz
F1
P 1/2
59.19 MHz
F0
F1
1S
1.420 GHz
F0
Interacción eléctrica
Estructura fina
Estructura hiperfina
17
REALIZACIÓN DE MÁSERES DE HIDRÓGENO
18
Arquitectura básica de un Máser de hidrógeno
19
Selección de estados cuánticos
20
Electrónica de un Máser Activo de hidrógeno
Mezclador
20.405 752 MHz
20.405 752 MHz
Lazo de amarre
5 MHz Frecuencia patrón
21
Arquitectura real de un Máser Activo de hidrógeno
(KVARZ)
22
Máser pasivo de hidrógeno
Máser activo de hidrógeno
23
Maser Actido de hidrógeno modeo CH1-75A con Auto
tunning Cavity System.
24
Vista interna del Maser activo CH1-75A. Puede
observarse la electrónica en la puerta y el
sistema físico cubierto por el blindaje magnético
en forma de cilíndro
25
La parte mas baja del sistema físico de maser
CH1-75A se muestra en esta fotografía. La parte
cilindrica contiene la bomba iónica. Los elemntos
adiconales son usados para disociar las moléculas
de hidrógeno.
26
El pequeño cilíndro oscuro en la parte baja de la
fotografía es el depósito de hidrógeno
27
Sobre la bomba de vacío y el depósito de
hidrógeno se encuentra una serie de blindages
magnéticos anidados en forma de cilindros. En la
fotografía se muestra solamente la parte baja del
blindage magnético.
28
En esta fotografía se muestra otro ángulo de la
parte baja del blindaje magnético. En el disco de
radio menor va montada la cavidad resonante.
29
Cavidad resonante. Esta cavidad está fabricada en
un vidrio especial que tiene un coeficiente de
expación (como función de la temperatura)
extremadamenmte bajo. Para la fabricación de esta
cavidad se usan herramientas con filos de
diamante.
30
En esta fotografía se muestra el bulbo que
contiene a los átomos de hidrógeno que son usados
para producir el efecto Máser. El bulbo tiene una
película interna (recubrimiento) muy delgada de
teflón con el objeto de redicir los efectos
sistemáticos por colisiones.
31
CUALIDADES METROLOGICAS DE MÁSERES DE HIDRÓGENO
32
Comparación de la estabilidad de un Máser de
Hidrógeno con otros patrones de frecuencia
-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
33
Diferencia de fase entre dos Máseres activos de
hidrógeno
34
Diferencia de fase Pendiente removida
35
Estabilidad relativa de frecuencia
36
APLICACIÓN EN LA GENERACIÓN DE ESCALAS DE TIEMPO
37
2d Master Clock (Hydrogen Maser)
n-1 independent measurements
...
CENAMs clock ensemble of the ETP-1
38
x23x21-x31
...
x21
x31
xn1
Master clock
39
Estabilidad proyectada del UTC(CNM)
-9
-10
-11
Log (?y(?))
-12
-13
-14
-15
-16
0

2
3
4
5
6
7
8
9
7.0
Log (?), segundos
1 día
1 mes
40
El efecto Máser y sus aplicaciones en la
Metrología
Mauricio López R.
mauricio.lopez_at_cenam.mx
52 [phone]