Способ изготовления газовых ячеек для квантового стандарта частоты

(19) (И) 9/18 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ МУ СВИДЕТЕПЬСТ АВТО 15 Видковский,алый роцесса калибя стандартов акачкой.ики", сер. об 1970, с. 108. др. Стандартыснове квантовнаторов. М.,8, с. 108 ВЛЕНИЯ ГАЗОВЫХТАНДАРТА ЧАСмирование гаСУДАРСТВЕКНЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1, Исследование провки газовых ячеек длчастоты с оптической н"Вопросы радиоэлектронщетехническая, вып. 3,2. А.И. Пихтелев ичастоты и времени на огенераторов и дискрими(54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОЯЧЕЕК ДЛЯ КВАНТОВОГО СТОТИ, включающий вакуу зовых ячеек, обезгаживание при температуре 300-350 С, наполнение смесью инертных газов и щелочным металлом, калибровку, отпаивание и измерение действительного значения частоты, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения выхода годных, после измерения действительного значения частоты газовые ячейки нагревают до 140-180 С, выдерживают при этойо температуре в течение 15-25 ч, охлаждают до комнатной температуры и дополнительно измеряют действительное значение частоты, причем операции нагрева, выдержки и охлаждения повторяют 1-7 раз, пока относительнаяси разность между двумя последовательными измерениями не станет меньше 5 ф 10С:10Изобретение относится к технолоз-гии электронных устройств и предназначено для изготовления газовыхячеек для квантовых стандартов частоты с оптической накачкой.Известен способ изготовлениягазовых ячеек путем вакуумированияобезгаживания баллонов,ячеек, напол"нения их металлом и буферными газами ка 1 ибровки, и отнаивания от ваку"умной схемы и .Однако газовые ячейки, изготовленные этим способом, имеют погрешности номинального значения частотыоколо 30 Гц, что недостаточно приповышенных требованиях к точностнымхарактеристикам газовых ячеек,Кроме того, недостатком этогоспособа является также го нетехнологичность, вызванная наличием двухотпаев, что приводит к сдвигу частоты газовых ячеек из-за газовыделений из стекла во внутренний объемгазовых ячеек, Наличие двух отпаев и связанное с этим газовыделение,приводит также к уменьшению надежности газовых ячеек.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяспособ изготовления газовых ячеекдля квантового стандарта частоты,включающий вакуумирование газовыхОячеек, обезгаживание при 300-350 С,наполнение смесью инертных газов ищелочным металлом, калибровку, отпаивание и измерение действительногозначения частоты (ДЗЧ) 121.Однако газовые ячейки являютсянедостаточно надежными (интенсив ность отказов составляет (3"5)ю 10 )и имеют неудовлетворительную долговременную стабильность на протяже"нии срока службы, величина которойеЬЙсоставляет - = (4-5) 10 где Г иГДГ - значение частоты и изменениечастоты,Кроме того, наблюдается выход вбрак до 103 изделий из-за несоответствия требуемым значениям ДЗЧ.Целью изобретения является повышение выхода годных изделий. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления газовых ячеек для квантового стандарта частоты, включающему вакуумирование газовых ячеек, обеэгаживание при температуре 300-350 С, на 88085 М полнение смесью инертных газов ищелочным металлом, калибровку, отпаивание и измерение действительного значения частоты, после измерения действительного значения частоты газовые ячейки нагревают дотемпературы 140-180 С, выдерживаютОпри этой температуре в течение 1525 ч, охлаждают до комнатной температуры и дополнительно измеряютдействительное значение частоты,причем операции нагрева, выдержкии охлаждения повторяют 1-7 раз,покаотносительная разность между двумя 15 последовательными измерениями нестанет меньше 5 10Скорость нагрева и охлажденияячеек не должна превышать 50 /ч,очтобы исключить возможность темпе ратурного растревкивания стекла.физическая суть способа заключается в том, что при вьдержке от 140одо 180 С с внутреннего поверхностного слоя стекла ячейки происходит 25 вьделение молекул НО, СО, СН,С 1 Н ЫН, СО 2 и т.д. В результатевзаймодействия рубидия с активнойсоставляющей газовьделений (в основном представляющей собой парыводы) выделяется водород, который вызывает сдвиги частоты СВЧ перехода ватомах рубидия в газовой ячейке.При температуре меньше 140 оС процесс газовьделения с поверхностногослоя протекает замедленно, а при 35температуре свыше 180 С происходитоинтенсивное газовьделение из внутреннего объема стекла, что приводит ксмещению величины ДЗЧ.40Рассмотрим изготовление трех газовых ячеек со значением частотыГ = 6834682612,5 Гц, при погрешности,измерительной аппаратуры 6 Г = 1 ГцЖИ = 1,510).45Приваривают три заготовки газовыхячеек к вакуумному мосту, вакуумируют их до 1 10 4 Па, обезгаживают при3 0 С, наполняют смесью инертных гаозов И+Кг и щелочным металлом КЬ 87,откалибровывакй в аппаратуре калибровки газовых ячеек и отпаивают отвакуумного моста. Затем измеряют ДЗЧгазовых ячеек; 16834682535,5 Гц,Е = 6834682535,3 Гц, Е= 6834682535,7 Гц. После этого газо вые ячейки нагревают в термостате соскоростью 35-45 /ч до 150 С, вьдер- о живают при этой температуре 24 ч и со скоростью 35"45 о/ч охлаждают дои так как Ь Е) /Е- Е(20 то ячейки также считаются изготовленными.Экспериментально установлено,что 15-25 ч являются оптимальными для выдержки газовых ячеек. При вьщерж ке менее 15 ч процесс протекает замедленно, а при выдержке более 25 ч происходит интенсивное газовыделение из внутреннего объема стекла, что приводит к смещению величины З 0 ДЗЧ. Увеличение количества укаэанных циклов более семи нецелесообразно из-за чрезмерного увеличения вре" мени изготовления ячеек. По сравнению с известным способом надежность газовых ячеек, изготовленных по предлагаемому способу повышена в.2 раза. Кроме того, улучшена долговременная стабильность газовых ячеек, которая не превышает 11 Д, что в 4 раза меньше, чем по известному способу. Изготовление газовых ячеек по предлагаемому способу способствует созданию квантовых стандартов частоты повышенной надежности и стабильности. Составитель Д. Рау Редактор О. Черниченко ТехредМ.1+ергель Корректор А. ЗимокосовЗаказ 2683/50 Тираж 683 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 з 1088085 4 комнатной температуры, затем вторич- ф ) 28 Гц:ц,( 1=ЯГцд(=1 Го,; .но измеряют ДЗЧ,которые полученыИ - Щ, - й -. МЬ - Чу равнымн: Е, 6834682538,3 Гц, Иэ Е 4,ЪГий (ГАВ. Р = 6834682537 1 Гц уТаким образом, после первого цик в цу з фф= 6834682540,0 Гц,ла .все ячейки имеют отклонение час+ь тоты больше заданного. Снова прово-Определяют разности (Е -Е) и дят операции нагрева, выдержки,охсравнивают сЕ = 1 Гц, где и - лаждения и измерения частоты и сравномер газовой ячейки,- порядковый нения ее значения с заданным., В реномер операции.1 О эультате полученоР = 6834672539,8 Гц /Е - Е/ = 1,5 ГцЬ Е = 1 ГцЕэ = 6834682538,0 Гцф /Е - Р= 0,9 Гц сЕ = 1 ГцЕ = 6834682542,0 Гц, Е - Е = 2,0 ГцЬ Е - 1 ГцВторую ячейку можно считать изго- торяют цикл нагрева, выдержки и охтовленной, а с первои и третьеи пов- лаждения. Новые значения частотым151 Е = 6834682540,3 Гц; /Е, - Е/ = 0,5 Гц, ( 6 Е щ 1 Гц;Е" = 6834682542,5 Гц, /Е - Е/ = 0,5 Гц с ьЕ = 1 Гц