The ac stark shift and space-borne rubidium atomic clocks

Tipo di pubblicazione: Articolo su rivista
Tipologia MIUR: Contributo su Rivista > Articolo in rivista
Titolo: The ac stark shift and space-borne rubidium atomic clocks
Autori: Formichella, V.; Camparo, J.; Sesia, I.; Signorile, G.; Galleani, L.; Huang, M.; Tavella, P.
Autori di ateneo:
Titolo del periodico: JOURNAL OF APPLIED PHYSICS
Tipo di referee: Esperti anonimi
Editore: American Institute of Physics Inc
Volume: 120
Numero: 19
Intervallo pagine: pp. 1-10
Numero di pagine: 10
ISSN: 0021-8979
Abstract: Due to its small size, low weight, and low power consumption, the Rb atomic frequency standard (RAFS) is routinely the first choice for atomic timekeeping in space. Consequently, though the device has very good frequency stability (rivaling passive hydrogen masers), there is interest in uncovering the fundamental processes limiting its long-term performance, with the goal of improving the device for future space systems and missions. The ac Stark shift (i.e., light shift) is one of the more likely processes limiting the RAFS' long-term timekeeping ability, yet its manifestation in the RAFS remains poorly understood. In part, this comes from the fact that light-shift induced frequency fluctuations must be quantified in terms of the RAFS' light-shift coefficient and the output variations in the RAFS' rf-discharge lamp, which is a nonlinear inductively-couple plasma (ICP). Here, we analyze the light-shift effect for a family of 10 on-orbit Block-IIR GPS RAFS, examining decade-long records of their on-orbit frequency and rf-discharge lamp fluctuations. We find that the ICP's light intensity variations can take several forms: deterministic aging, jumps, ramps, and non-stationary noise, each of which affects the RAFS' frequency via the light shift. Correlating these light intensity changes with RAFS frequency changes, we estimate the light-shift coefficient, jLS, for the family of RAFS: kLS=-(1.9+-0.3)x10^-12/%. The 16% family-wide variation in kLS indicates that while each RAFS may have its own individual kLS, the variance of kLS among similarly designed RAFS can be relatively small. Combining kLS with our estimate of the ICP light intensity's non-stationary noise, we find evidence that random-walk frequency noise in high-quality space-borne RAFS is strongly influenced by the RAFS' rf-discharge lamp via the light shift effect
Data: 2016
Status: Pubblicato
Lingua della pubblicazione: Inglese
Parole chiave: physics and astronomy (all)
Dipartimenti (originale): DET - Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni
Dipartimenti: DET - Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni
URL correlate:
Area disciplinare: Area 09 - Ingegneria industriale e dell'informazione > TELECOMUNICAZIONI
Data di deposito: 01 Dic 2016 00:53
Data ultima modifica (IRIS): 30 Nov 2016 23:53:18
Data inserimento (PORTO): 02 Dic 2016 06:18
Numero Identificativo (DOI): 10.1063/1.4967787
Permalink: http://porto.polito.it/id/eprint/2658386
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