Relógio atômico de césio do PTB alemão atualiza sistema de controle AWG e adiciona modo Sequence Restart

De acordo com pt.wedoany.com-Em 16 de setembro, a Spectrum Instrumentation da Alemanha divulgou a mais recente aplicação de seu gerador de formas de onda arbitrárias (AWG) na atualização do relógio atômico de fonte de césio do Instituto Federal de Física e Metrologia da Alemanha (PTB). O PTB integrou a placa AWG Spectrum M4x.6622-x4 em formato PXIe aos dois relógios de fonte de césio CSF1 e CSF2, substituindo parte dos circuitos de controle analógicos personalizados originais por um sistema digital de geração de formas de onda, fornecendo sinais de radiofrequência para os processos de resfriamento a laser, lançamento de átomos e detecção de estado. O CSF1 e o CSF2 participam conjuntamente da manutenção da escala de tempo de referência nacional da Alemanha, UTC (PTB).

O relógio de fonte de césio do PTB utiliza a transição do estado fundamental do átomo de césio-133 como referência de frequência. Durante a operação, os átomos de césio são primeiro resfriados a uma temperatura da ordem de microkelvin por meio de armadilha magneto-óptica ou melaço óptico, e em seguida são impulsionados para cima por laser. A nuvem de átomos atravessa a cavidade de micro-ondas Ramsey duas vezes durante o movimento de subida e descida, e o sistema trava a frequência de ressonância atômica medindo a probabilidade de transição. Um único ciclo completo de medição dura cerca de 1,2 segundos e opera continuamente por 24 horas.

O equipamento central desta atualização, o M4x.6622-x4, é responsável por gerar as formas de onda de radiofrequência necessárias para ajustar o modulador acusto-óptico, controlando assim a frequência do laser utilizada nas etapas de resfriamento, lançamento e detecção dos átomos de césio. O PTB utilizava anteriormente sistemas eletrônicos analógicos personalizados para realizar esses controles; com o aumento das exigências de operação e manutenção de longo prazo dos equipamentos, a equipe de pesquisa começou a migrar os elos de controle relacionados para uma arquitetura AWG digital.

Durante o processo de integração do sistema, o PTB propôs que cada laser precisava invocar sequências de formas de onda específicas em diferentes etapas de operação do relógio atômico, e o modo de operação original do AWG não conseguia atender diretamente a esse requisito de temporização. A Spectrum então desenvolveu o Sequence Restart Mode para o M4x.6622-x4, permitindo que a sequência de formas de onda seja reiniciada conforme os requisitos de controle externo e sincronizada com o ciclo de trabalho do relógio de fonte. Após o desenvolvimento desse recurso, ele já foi testado no sistema do PTB.

A Spectrum expandiu o Sequence Restart Mode para suas séries de AWG 65xx e 66xx, e o disponibiliza gratuitamente aos usuários existentes por meio do driver mais recente. As séries 65xx e 66xx pertencem à linha de produtos de geradores de formas de onda arbitrárias de alta velocidade da Spectrum, podendo ser utilizadas para gerar sinais de radiofrequência multicanal e formas de onda complexas; esse novo modo de operação foi impulsionado pela demanda real de controle do relógio atômico do PTB.

Os dois relógios de fonte de césio do PTB não são usados apenas para a geração da hora legal alemã, mas também participam da comparação global de dados de relógios atômicos e do estabelecimento do Tempo Atômico Internacional. O controle a laser, a excitação por micro-ondas e os sistemas de temporização necessários para a operação do relógio atômico exigem todos operação contínua de longo prazo, e esta atualização do AWG visa principalmente o elo de controle de radiofrequência do laser.