ترقية الساعة الذرية السيزيومية في المعهد الاتحادي الألماني للفيزياء التقنية PTB: تحديث نظام التحكم بمولدات الأشكال الموجية التعسفية AWG وإضافة وضع Sequence Restart

أخبار ar.wedoany.com، في 16 سبتمبر، أعلنت شركة Spectrum Instrumentation الألمانية عن أحدث تطبيقات مولدات الأشكال الموجية التعسفية (AWG) الخاصة بها في ترقية الساعة الذرية بنافورة السيزيوم في المعهد الاتحادي الألماني للفيزياء التقنية (PTB). وقد قام المعهد بدمج بطاقات AWG من طراز Spectrum M4x.6622-x4 بصيغة PXIe في ساعتي نافورة السيزيوم CSF1 وCSF2، لتحل نظام توليد الأشكال الموجية الرقمي محل جزء من دوائر التحكم التناظرية المخصصة الأصلية، وذلك لتوفير إشارات الترددات الراديوية اللازمة لعمليات التبريد الليزري وقذف الذرات والكشف عن الحالة. تشارك CSF1 وCSF2 معاً في الحفاظ على المقياس الزمني المرجعي الوطني الألماني UTC (PTB).

تعتمد ساعة نافورة السيزيوم في المعهد على انتقال الحالة الأرضية لذرات السيزيوم-133 كمرجع ترددي. أثناء التشغيل، تُبرَّد ذرات السيزيوم أولاً عبر المصيدة المغناطيسية البصرية أو الكتلة البصرية إلى نطاق الميكروكلفن، ثم تُدفع بواسطة الليزر للتحرك صعوداً. تعبر سحابة الذرات تجويف Ramsey الميكروي مرتين أثناء الصعود والهبوط، ويقوم النظام بتثبيت تردد الرنين الذري عبر قياس احتمال الانتقال. تستغرق دورة القياس الكاملة الواحدة حوالي 1.2 ثانية، ويعمل النظام على مدار 24 ساعة بشكل متواصل.

يتولى الجهاز الأساسي في هذه الترقية M4x.6622-x4 توليد الأشكال الموجية للترددات الراديوية اللازمة لضبط مُعدِّلات الصوتيات البصرية، وبالتالي التحكم في ترددات الليزر المستخدمة في مراحل تبريد السيزيوم وقذفه وكشفه. كان المعهد يستخدم سابقاً أنظمة إلكترونية تناظرية مخصصة لتنفيذ هذه الضوابط، ومع تزايد متطلبات التشغيل والصيانة طويلة الأمد للأجهزة، بدأ فريق البحث في تحويل مسارات التحكم ذات الصلة إلى بنية AWG الرقمية.

خلال عملية دمج النظام، طرح المعهد متطلباً يقضي بضرورة استدعاء كل ليزر لتسلسل موجي محدد في مراحل تشغيل مختلفة من الساعة الذرية، وهو ما لم يتمكن وضع التشغيل الأصلي لـ AWG من تلبيته مباشرة من حيث التوقيت. بعد ذلك طوّرت Spectrum وضع Sequence Restart Mode لجهاز M4x.6622-x4، مما يتيح إعادة تشغيل التسلسل الموجي وفقاً لمتطلبات التحكم الخارجي وبما يتوافق مع دورة عمل ساعة النافورة. وقد تم اختبار هذه الوظيفة بعد تطويرها في نظام المعهد.

قامت Spectrum بتوسيع وضع Sequence Restart Mode ليشمل مولدات AWG من سلسلتي 65xx و66xx، وتوفيره مجاناً للمستخدمين الحاليين عبر أحدث برامج التشغيل. تنتمي سلسلتا 65xx و66xx إلى خط منتجات مولدات الأشكال الموجية التعسفية عالية السرعة من Spectrum، ويمكن استخدامهما لتوليد إشارات ترددات راديوية متعددة القنوات وأشكال موجية معقدة؛ وقد تشكّل وضع التشغيل الجديد هذا نتيجةً لمتطلبات التحكم الفعلية في الساعة الذرية بالمعهد.

لا تُستخدم ساعتا نافورة السيزيوم في المعهد فقط لتوليد التوقيت القانوني الألماني، بل تشاركان أيضاً في مقارنة بيانات الساعات الذرية العالمية وإنشاء التوقيت الذري الدولي. تتطلب أنظمة التحكم الليزري والإثارة الميكروية والتوقيت اللازمة لتشغيل الساعة الذرية عملاً مستمراً طويل الأمد، وتستهدف ترقية AWG هذه بشكل أساسي حلقة التحكم في ترددات الليزر الراديوية.