Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5 Progresos en el CENAM en el desarrollo de patrones primarios

de frecuencia

J. Mauricio López R. , Sergio López López

División de Tiempo y Frecuencia,

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

3. CsF-1. Reloj atómico de átomos fríos: Fuente atómica

CONTENIDO

1. Introducción: la unidad de tiempo

2. CsOp-1. Reloj atómico de haz térmico bombeado ópticamente

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

La unidad de tiempoDefinición

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

Un segundo es la duración de 9 192 631 770 períodos de la radiación asociada a la transición hiperfina del

estado base del átomo de Cesio-133

13a Conferencia Internacional de Pesas y Medidas, octubre 1967

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

INTERACCION

ENER

GIA

Primeros niveles de energía del átomo de Cesio-133

11 subniveles9 subniveles7 subniveles5 subniveles

9 subniveles

7 subniveles

9 subniveles

7 subniveles

Efecto ZeemanEléctrica

≈850

nmF’=5F’=4F’=3F’=2

F’=4

F’=3

F’=4

F’=3

Electrón Núcleo

9192631770Hz

251MHz

200MHz

150MHz

1167MHz

62P3/2

62P1/2

62S1/2

Espín-órbita

≈100

GH

z≈8

94nm

No

a es

cala

+ + +Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

CsOp-1- Reloj atómico de haz térmico de bombeo óptico -

Incertidumbre 4×10-14

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

9.192631770δ GHz

T≈100oC

Detector

Arquitectura del CsOp-1

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

Vista parcial del CsOp-1

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

CsO

ven

Vaccum system

VaccumCavity

Optical pumpingwindow

Optical detectionwindow

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

Vaccum CavityC

sOve

n

Pumpingwindow

Detectionwindow

- Top View -Ce

ntro

Nac

iona

l de

Met

rolo

gía

-D

erec

hos

Rese

rvad

os 2

005

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

Optical System of the CsOP-1

Detectionlaser

Pumpinglaser

Det

ecto

r sfo

rla

sers

stab

iliza

tion

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

Frecuencia que define a la unidad de tiempo del SI

180 kHzPr

obab

ilida

d de

Tra

nsic

ión

Espectro de Ramsey del CsOp-1

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

Franja de Ramsey del CsOp-1

Frecuencia que define a la unidad de tiempo del SI

1 kHz

Prob

abili

dad

de T

rans

ició

n

(línea central del espectro de Ramsey)

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

CsF-1- Reloj Atómico de átomos fríos: Fuente Atómica -

Incertidumbre 2×10-15

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

Principio de operación de un reloj de fuente atómica

Seis haces de luz infraroja especialmente acondicionada asistida por una campo magnético permiten el atrapamiento y enfriamiento de gas de Cesio-133 a

temperaturas tan bajas como 1 microKelvin sobre el cero absoluto.

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5 Arquitectura básica del CsF-1El reloj de átomos fríos del CENAM

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5 CsF-1Sistema Mecánico

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5 CsF-1Sistema Mecánico

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5 Esfera de acero inoxidable para el confinamiento de los átomos fríos de

Cesio-133

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

La esfera con 12 puertos de la trampa magneto-óptica del CsF-1 para el atrapamiento de los átomos de Cesio-133.

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

Diseño de las bobinas generadoras del campo magnético en

configuración anti-Helmholtz para crear una “botella” magnética para

el confinamiento de átomos ultrafríos de Cesio-133

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

Bobinas generadoras del campo magnético en configuración anti-Helmholtz para crear una “botella” magnética para el confinamiento

de átomos ultrafríos de Cesio-133

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

Sistema de vacío dél CsF-1

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5 CsF-1Vista parcial del sistema óptico

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

Cámara ultra-rápida sensible al infrarojo para la detección y medición de la evolución temporal de la nbe de átomos fríos de

Cesio-133

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

CsF-1Estimaciones de desempeño

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

-60 -40 -20 0 20 40 60

v oz= 4.9 m/s T= 3 µ K δν =1.2Hz h=30cm paso= 0.2 Hz

σ =.01 m/s

-60 -40 -20 0 20 40 60

σ=.005 m/s

Corrimiento en frecuencia (Hz)

-60 -40 -20 0 20 40 60

σ = 0.001 m/s

Cálculos numéricos del patrón de resonancias del CsF-1

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

- 6 0 - 4 0 - 2 0 0 2 0 4 0 6 0

σ = . 0 1 m / s

- 6

CsF-1 Clarion et al

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

0 - 6 0 - 4 0 - 2 0 0 2 0 4 0 6 0

C o r r i m i e n t o e n f r e c u e n c i a (

-

σ = 0 . 0 0 1 m / s

CsF-1 Clarion et al

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5

-2 -1 0 1 2

1.2Hz

Corrimiento en frecuencia (Hz)

CsF-1 Clarion et al

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5 Progresos en el CENAM en el desarrollo de patrones primarios

de frecuencia

J. Mauricio López R.

División de Tiempo y Frecuencia,

GRACIAS

Cent

ro N

acio

nal d

e M

etro

logí

a -

Der

echo

s Re

serv

ados

200

5