Struttura del campione secondario.

Il campione di riferimento è costituito di solito da un oscillatore al rubidio. Esso è basato sulla transizione iperfine nel rubidio 87. Richiede la taratura con il campione primario a causa della variazione di frequenza con tempo (aging).

Il dispositivo che realizza il campione secondario è costituito da una lampada contenente gas e rubidio. Il forte campo RF all'interno di detta lampada provoca una scarica luminosa che contiene energia a diverse lunghezze d'onda tra le quali $780nm$ e $794.8nm$. La presenza di una cella di filtro consente di eliminare la radiazione con lunghezza d'onda $794.8nm$. La luce rimanente entra nella cella di riferimento dove interagisce con gli atomi di rubidio. La luce con lunghezza d'onda di $780nm$ porta gli atomi dal livello superiore d'energia ad uno stato ottico intermedio dove subiscono una perdita per radiazione che li fa passare ad un livello energetico inferiore. Il livello energetico inferiore è più popolato del livello superiore. Il resto della luce raggiunge il fotorilevatore. Se si applica la radiofrequenza agli atomi di rubidio che si trovano a livello inferiore essi riacquistano energia per tornare al livello superiore ed in definitiva questo riduce l'intensità della radiazione luminosa che raggiunge il rilevatore poichè sono aumentate le perdite di radiazione dovute al processo prima visto. Il minimo di segnale rivelato dal fotorivelatore si raggiunge alla frequenza di transizione. Lo standard va calibrato per determinare la sua esatta frequenza ed inoltre necessita di una taratura periodica perché la frequenza slitta nel tempo; in genere la variazione è di alcune parti per mese.

Figure: Modello secondario di tempo.

I campioni di lavoro sono raccolti nella tabella seguente:

Table: Campioni di lavoro.

Campione

Frequenza in $GHz$

Fattore di merito $Q$ Maser H

Si hanno tre fasi costruttive comuni a tutti i campioni atomici:

• preparazione;
• isolamento;
• osservazione.

Il campione primario è l'orologio al cesio. In questo tipo di campione gli atomi di cesio vengono eccitati al fine di portarli ad un livello energetico superiore. Si applica poi una radiazione con opportuna frequenza che, interagendo con gli atomi di cesio, determina la transizione tra due livelli energetici: tale frequenza deve essere quella di risonanza del fenomeno di transizione. Si hanno così due stati:

• stato normale: quello ugualmente popolato dagli atomi di cesio;
• stato preparato: cioè gli atomi occupano preferenzialmente uno dei due stati.

Il segnale rilevato, durante lo stato preparato, è utilizzato per asservire un oscillatore al quarzo tale che la sua frequenza, moltiplicata da un sintetizzatore a microonde coincide con quella che da' il massimo nella transizione di stato.