地面空間用原子頻標裝置的製作方法

2023-05-21 06:57:46 1

專利名稱：地面空間用原子頻標裝置的製作方法
技術領域：
地面空間用原子頻標裝置技術領域[0001]本實用新型屬於原子鐘設計技術領域，特別涉及一種地面空間用原子頻標裝置。
背景技術：
[0002]微重力環境為研製高精端的系統設備提供了條件，在微重力條件下，可使用極慢速度的原子(比原子傳統技術中速度減慢10-100倍)。因而，可使譜線降至0.05-0.1Hz0慢原子還有利於進步減小很多引起頻率移動的因素，如:剩餘都卜勒頻移，譜線牽引頻移，剩餘二次塞曼效應，相對論效應和碰撞頻移等。在微重力條件下原子處於自由懸浮狀態，無須用非均勻磁場囚禁原子，有利於消除非均勻譜線展寬。同時，在遠離地面的空間，將無震動引入的噪聲幹擾，電磁場幹擾也比地面為小。所以，微重力環境是一個理想的進行精密物理測量的實驗場地。由於組成原子鐘的共振吸收泡是一個氣壓敏感性器件，在微重力環境下，低氣壓將對原子鐘主要性能指標，如頻率穩定度，產生重要影響。實用新型內容[0003]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種能夠適用於地面及真空環境的地面空間用原子頻標裝置。[0004]為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種地面空間用原子頻標裝置，包括:光源、用於完成量子躍遷過程的原子共振吸收模塊、恆溫模塊、用於對所述原子共振吸收模塊輸出的信號進行檢測的光檢測單元、用於為所述原子共振吸收模塊中量子躍遷過程提供磁場的磁場控制模塊、用於為所述原子共振吸收模塊量子躍遷過程提供能量的微波射頻源及中央處理器；所述原子共振吸收模塊依次與所述光源、所述恆溫模塊、所述微波射頻源、所述磁場控制模塊連接；所述光檢測單元與所述原子共振吸收模塊連接；所述中央處理器依次與所述光檢測單元、所述磁場控制模塊、所述恆溫模塊連接；所述恆溫模塊為所述原子共振吸收模塊提供恆定的溫度；所述中央處理器能夠實現對所述恆溫模塊提供的恆定溫度進行改變。[0005]進一步地，所述原子共振吸模塊包括:共振吸收單元、諧振腔；所述共振吸收單元置於所述諧振腔內部；所述諧振腔依次與所述光源、所述恆溫模塊、所述微波射頻源、所述磁場控制模塊連接；所述光檢測單元通過所述諧振腔對所述光源發出的光束經所述共振吸收單元處理後的信號進行檢測。[0006]進一步地，所述共振吸收單元是由玻璃材質構成呈泡狀腔體結構的共振吸收泡。[0007]進一步地，所述磁場控制模塊包括:漆包線、恆流源；所述漆包線纏繞在所述諧振腔外壁，並與所述恆流源連接；所述恆流源與所述中央處理器連接。[0008]進一步地，所述微波射頻源輸出頻率在原子基態超精細結構0-0躍遷中心頻率附近，用於完成整個原子譜線的掃描。[0009]進一步地，所述光源中用於輻射光束的元素是A。[0010]進一步地，所述共振吸收泡內充有元素A及其同位素B。[0011 ] 進一步地，所述A元素是87Rb，所述B元素是85Rb。[0012]進一步地，所述共振吸收泡內充有氣體M、氣體N、氣體P ;所述共振吸收泡內總氣體壓力係數接近於0，總氣體溫度係數為O。[0013]進一步地，所述氣體M是氪氣，所述氣體N是氫氣，所述氣體P是氮氣。[0014]本實用新型提供的一種地面空間用原子頻標裝置，包括:光源、原子共振吸收模塊、恆溫模塊、光檢測單元、磁場控制模塊、微波射頻源及中央處理器。其中，原子共振吸收模塊依次與光源、恆溫模塊、微波射頻源、磁場控制模塊連接。光檢測單元與原子共振吸收模塊連接。中央處理器依次與光檢測單元、磁場控制模塊、恆溫模塊連接。本實用新型通過在共振吸收泡內充制氣體M、氣體N、氣體P。並控制三者充制比例，能夠實現共振吸收泡內總氣體壓力係數接近於0，總氣體溫度係數接近於0或為0，進而克服壓力頻移或溫度係數頻移。同時，本實用新型具有結構簡單、準確度高的特點。


[0015]圖1為本實用新型實施例提供的一種地面空間用原子頻標裝置原理結構示意圖。[0016]其中，201-光源，202-原子共振吸收模塊，203-恆溫模塊，204-光檢測單元，205-磁場控制模塊，206-微波射頻源，207-中央處理器。
具體實施方式
[0017]
以下結合附圖，對本實用新型提供的具體實施方式
作進一步詳細說明。[0018]參見圖1，本實用新型實施例提供的一種地面空間用原子頻標裝置，包括:光源201、用於完成量子躍遷過程的原子共振吸收模塊202、恆溫模塊203、用於對原子共振吸收模塊202輸出的信號進行檢測的光檢測單元204、用於為原子共振吸收模塊202中量子躍遷過程提供磁場的磁場控制模塊205、用於為原子共振吸收模塊202量子躍遷過程提供能量的微波射頻源206及中央處理器207。其中，原子共振吸收模塊202依次與光源201、恆溫模塊203、微波射頻源204、磁場控制模塊205連接。光檢測單元204與原子共振吸收模塊202連接。中央處理器202依次與光檢測單元204、磁場控制模塊205、恆溫模塊203連接。[0019]本實施例中，恆溫模塊203包括:熱敏電阻。中央處理器207通過熱敏電阻控制原子共振吸收模塊202中工作環境溫度，進而為原子共振吸收模塊202提供恆定工作溫度。[0020]本實施例中，原子共振吸模塊202包括:共振吸收單元、諧振腔。其中，共振吸收單元置於諧振腔內部。同時，諧振腔內部設置有耦合環，並依次與光源201、恆溫模塊203、微波射頻源206、磁場控制模塊205連接。光檢測單元204通過諧振腔對光源201發出的光束經共振吸收單元處理後的信號進行檢測。[0021]優選地，共振吸收單元是由玻璃材質構成呈泡狀腔體結構的共振吸收泡。[0022]本實施例中，磁場控制模塊205包括:漆包線、恆流源。其中，漆包線纏繞在諧振腔外壁，並與恆流源連接。恆流源與中央處理器202連接。中央處理器202通過控制恆流源輸出電流大小，進而通過漆包線控制諧振腔內磁場強弱。[0023]本實施例中，微波射頻源205輸出頻率在原子基態超精細結構0-0躍遷中心頻率附近，用於完成整個原子譜線的掃描。[0024]本實施例中，光源201中用於輻射光束的元素是A。共振吸收泡內充有元素A及其同位素B。優選地，元素A是87Rb,元素B是85Rb。[0025]本實施例中，共振吸收泡內通過真空泵還充有氣體M、氣體N、氣體P。其中，通過控制氣體M、氣體N、氣體P的充制比例，能夠實現共振吸收泡內總氣體壓力係數接近於0，總氣體溫度係數接近於0或為O。[0026]優選地，氣體M是氪氣,氣體N是氫氣,氣體P是氮氣。[0027]下面，通過例舉幾種常用緩衝氣體壓力係數與溫度係數，及對本實用新型的操作原理作詳細說明以支持本實用新型提供的地面空間用原子頻標裝置所要解決的技術問題。[0028]幾種常用緩衝氣體壓力係數與溫度係數[0029]
權利要求1.一種地面空間用原子頻標裝置，其特徵在於，包括:光源(201)、用於完成量子躍遷過程的原子共振吸收模塊(202)、恆溫模塊(203)、用於對所述原子共振吸收模塊(202)輸出的信號進行檢測的光檢測單元(204)、用於為所述原子共振吸收模塊(202)中量子躍遷過程提供磁場的磁場控制模塊(205)、用於為所述原子共振吸收模塊(202)量子躍遷過程提供能量的微波射頻源(206 )及中央處理器(207 ); 所述原子共振吸收模塊(202)依次與所述光源(201)、所述恆溫模塊(203)、所述微波射頻源(206)、所述磁場控制模塊(205)連接； 所述光檢測單元(204)與所述原子共振吸收模塊(202)連接； 所述中央處理器(207)依次與所述光檢測單元(204)、所述磁場控制模塊(205)、所述恆溫模塊(203)連接； 所述恆溫模塊(203)為所述原子共振吸收模塊(202)提供恆定的溫度； 所述中央處理器(207)能夠實現對所述恆溫模塊(203)提供的恆定溫度進行改變。
2.根據權利要求1所述地面空間用原子頻標裝置，其特徵在於，所述原子共振吸模塊包括:共振吸收單元、諧振腔； 所述共振吸收單元置於所述諧振腔內部； 所述諧振腔依次與所述光源(201)、所述恆溫模塊(203)、所述微波射頻源(206)、所述磁場控制模塊(205)連接； 所述光檢測單元(204)通過所述諧振腔對所述光源(201)發出的光束經所述共振吸收單元處理後的信號進行檢測。
3.根據權利要求2所述地面空間用原子頻標裝置，其特徵在於: 所述共振吸收單元是由玻璃材質構成呈泡狀腔體結構的共振吸收泡。
4.根據權利要求3所述地面空間用原子頻標裝置，其特徵在於，所述磁場控制模塊(205)包括:漆包線、恆流源 ； 所述漆包線纏繞在所述諧振腔外壁，並與所述恆流源連接； 所述恆流源與所述中央處理器(207)連接。
5.根據權利要求4所述地面空間用原子頻標裝置，其特徵在於: 所述微波射頻源(206)輸出頻率在原子基態超精細結構0-0躍遷中心頻率附近，用於完成整個原子譜線的掃描。
6.根據權利要求5所述地面空間用原子頻標裝置，其特徵在於: 所述光源(201)中用於輻射光束的元素是A。
7.根據權利要求6所述地面空間用原子頻標裝置，其特徵在於: 所述共振吸收泡內充有元素A及其同位素B。
8.根據權利要求7所述地面空間用原子頻標裝置，其特徵在於: 所述A元素是87Rb,所述B元素是85Rb。
9.根據權利要求3-8任一項所述地面空間用原子頻標裝置，其特徵在於: 所述共振吸收泡內充有氣體M、氣體N、氣體P ； 所述共振吸收泡內總氣體壓力係數接近於0，總氣體溫度係數為O。
10.根據權利要求9所述地面空間用原子頻標裝置，其特徵在於: 所述氣體M是氪氣,所述氣體N是氫氣,所述氣體P是氮氣。
專利摘要本實用新型公開了的一種地面空間用原子頻標裝置，包括光源201、原子共振吸收模塊202、恆溫模塊203、光檢測單元204、磁場控制模塊205、微波射頻源206及中央處理器207。其中，原子共振吸收模塊202依次與光源201、恆溫模塊203、微波射頻源204、磁場控制模塊205連接。光檢測單元204與原子共振吸收模塊202連接。中央處理器202依次與光檢測單元204、磁場控制模塊205、恆溫模塊203連接。本實用新型通過在共振吸收泡內充制氣體M、氣體N、氣體P。並控制三者充制比例，能夠實現共振吸收泡內總氣體壓力係數接近於0，總氣體溫度係數接近於0或為0，進而克服壓力頻移或溫度係數頻移。同時，本實用新型具有結構簡單、準確度高的特點。
文檔編號H03L7/26GK203086443SQ201220700610
公開日2013年7月24日 申請日期2012年12月17日 優先權日2012年12月17日
發明者雷海東 申請人:江漢大學