Quelltext der Seite Rubidium-Oszillator

[[Datei:Rb oscillator.jpg|miniatur|Rubidium-Oszillator]]
Ein '''Rubidium-Oszillator''', auch als '''Rubidium-Atomuhr''' bezeichnet, ist ein [[Oszillator]], der die [[Hyperfeinstruktur]]konstante eines [[Isotop]]s des chemischen Elementes [[Rubidium]] (<sup>87</sup>Rb) zur Ableitung einer genauen Zeitreferenz verwendet. Damit können kompakte und preisgünstige [[Atomuhr]]en hergestellt werden.<ref name="micro1"/> Anwendungen von Rubidium-Oszillatoren liegen bei genauen Zeit- und Frequenzreferenzen in [[Sendeanlage]]n, [[Mobilfunk]]stationen, als Referenzsignal in Test- und Prüfgeräten und als Zeitgeber in den Satelliten des [[Global Positioning System]] (GPS).

Rubidium-Atomuhren weisen allerdings eine höhere [[Allan-Varianz|relative Standardabweichung]] als Atomuhren mit einer [[Atomuhr#Caesium-Fontäne|Caesium-Fontäne]] auf. Als Frequenznormale zur Festlegung der [[Internationale Atomzeit|internationalen Atomzeit]] (TAI) werden daher wegen der höheren Präzision die im Aufbau voluminöseren und teureren Atomuhren mit Caesium-Fontäne eingesetzt.

== Aufbau ==
[[Datei:FE5650A rubidium oscillator assembly.jpg|mini|Frequency Electronics FE5650A Rubidium-Oszillator.]]
Der Rubidium-Oszillator besteht aus einer mit Rubidium gefüllten [[Gasentladungslampe]], deren Licht durch eine kleine Kammer mit gasförmigem Rubidium geleitet wird. Die Intensität des Lichtes wird durch einen [[Photodetektor]] gemessen. Wird die Kammer mit gasförmigem Rubidium durch [[Mikrowellen]] mit einer Frequenz von 6.834.682.610,904324&nbsp;Hz (ca. 6,8&nbsp;GHz) bestrahlt – dies ist die Frequenz des Hyperfeinstrukturübergangs von <sup>87</sup>Rb mit einer relativen Standardabweichung von 3&#8239;·&#8239;10<sup>−15</sup> –, kommt es infolge von Resonanzeffekten im Rubidium zu einer Intensitätsreduktion des Lichtes am Photodetektor, die gemessen werden kann.<ref name="bipm1"/>

Diese Helligkeitsänderung dient als Regelsignal in einem [[Frequency Locked Loop]], um einen elektrisch verstimmbaren [[Quarzoszillator]] zu verändern, der im Mittel auf die Frequenz des Hyperfeinstrukturübergangs von ca. 6,8...&nbsp;GHz abgestimmt ist. Die vom Quarzoszillator erzeugte elektrische Schwingung dient einerseits als Teil des Regelkreises dazu um über eine [[Antennentechnik|Antenne]] in die Resonanzkammer mit gasförmigen Rubidium abgestrahlt zu werden. Anderseits wird diese Frequenz verwendet, um daraus mit Frequenzteilern für die weitergehende Verarbeitung zur Verfügung zu stellen.<ref name="PRS10"/> Je nach Anwendung sind verschiedene Werte üblich wie 10&nbsp;MHz oder ein [[Puls pro Sekunde|Sekundenimpuls]].

Kommt es im Quarzoszillator, beispielsweise durch störende Temperatureinflüsse, zu einer kleinen Frequenzabweichung, resultiert dies in einer Zunahme der Lichtintensität am Photodetektor. Durch die Regelelektronik wird die elektrisch veränderbare Frequenz des Quarzoszillators dann so verändert, dass sie wieder der Frequenz von 6.834.682.610,904324&nbsp;Hz des Hyperfeinstrukturübergangs von <sup>87</sup>Rb entspricht und die Intensität des Lichtes am Photodetektor im Minimum gehalten wird. Um die Abweichungen des Quarzoszillators infolge von äußeren Einflüssen zu minimieren, wird dieser ab bestimmten Genauigkeitsklassen als [[Quarzofen|beheizter Quarzoszillator]] (OCXO) ausgeführt.

Rubidium-Oszillatoren haben eine begrenzte [[Standzeit]], die primär durch die eingesetzte Gasentladungslampe und deren Ausfall bestimmt ist. Typische Lebensdauern für die Lampe liegen um die 10 Jahre.<ref name="PRS10"/>

== Weblinks ==
{{Commonscat|Rubidium clocks|Rubidiumuhren}}

== Einzelnachweise ==
<references>
<ref name="micro1">{{Internetquelle | url= http://www.microsemi.com/products/timing-synchronization-systems/embedded-timing-solutions/components/sa-45s-chip-scale-atomic-clock | titel= QUANTUM Chip Scale Atomic Clock | hrsg= Microsemi Corporation | zugriff=2017-01-18}}</ref>
<ref name="bipm1">{{Internetquelle | url= http://www.bipm.org/utils/common/pdf/mep/SRS_87Rb_6834.pdf | titel = Recommended values of standard frequencies for applications including secondary representations of the definition of the second.  | hrsg= BIPM | zugriff=2014-04-22}}</ref>
<ref name="PRS10">{{Internetquelle | url= http://www.thinksrs.com/downloads/PDFs/Catalog/PRS10c.pdf | titel= PRS10 — Rubidium frequency standard with low phase noise | hrsg= Stanford Research Systems | zugriff= 2014-04-22 | archiv-url= https://web.archive.org/web/20150317050723/http://thinksrs.com/downloads/PDFs/Catalog/PRS10c.pdf | archiv-datum= 2015-03-17}}</ref>
</references>

[[Kategorie:Elektrischer Oszillator]]
[[Kategorie:Elektrische Messtechnik]]
[[Kategorie:Atomphysik]]
[[Kategorie:Uhrentyp]]
[[Kategorie:Rubidium]]