一種銣原子鐘磁控管微波腔的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于量子頻率標準和微波技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種銣原子鐘磁控管微波腔。
【背景技術(shù)】
[0002]微波腔是銣原子鐘的核心部件，它是外界饋入的微波信號與原子相互作用的區(qū)域，微波腔的結(jié)構(gòu)、諧振模式和Q值對微波與原子相互作用的效果會產(chǎn)生顯著影響。
[0003]在銣原子鐘的設計中，一般采用TEOll和TElll標準腔，這兩種腔各有優(yōu)缺；TEO11腔的優(yōu)點是具有較大的Q值、較好的軸向場分布，可以實現(xiàn)較大的信噪比，但是這類腔的體積非常大，不利于銣原子鐘的小型化；相比TEOll腔，TElll腔體積比較小，但是Q值和磁場分布不如TEO11腔，信噪比不大；TEO11和TE 111標準腔的這些特點是由腔內(nèi)場分布決定，由于TEOll軸向場分布集中在軸中心附近，所以Q值較大，而TElll軸中心的磁場垂直于軸向，平行于軸向的磁場集中在腔體邊緣，所以Q值較小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題提供一種體積小、Q值高、磁場一致性好的銣原子鐘磁控管微波腔。
[0005]一種銣原子鐘磁控管微波腔，包括微波腔外殼、蓋板、吸收泡、弧形極片、耦合環(huán)，所述微波腔外殼和蓋板結(jié)合，其內(nèi)形成筒狀腔體，所述吸收泡設置于腔體內(nèi)，所述弧形極片圍繞吸收泡均勻排布，并且相鄰弧形極片間具有間隙，所述蓋板上設置有射頻連接器，所述耦合環(huán)一端連接于射頻連接器上，另一端連接于蓋板，所述耦合環(huán)環(huán)身位于相鄰弧形極片的間隙中；
所述微波腔外殼上纏繞有C場線圈；
所述微波腔外殼與C場線圈之間設有聚酰亞胺絕緣層，保證了微波腔外殼與C場線圈之間絕緣；所述C場線圈上包裹有聚酰亞胺漆包層，保證了密繞的C場線圈之間絕緣；所述吸收泡為圓柱形；
所述C場線圈為銅圓線，由于銅圓線電阻率小，從而使得纏繞多圈的C場線圈總電阻?。?br> 所述吸收泡由玻璃材質(zhì)制成，有利于抽運光入射進吸收泡，激發(fā)其中的87Rb原子，另一方面由于玻璃極易吹制，有利于控制87Rb原子和緩沖氣體的充入量。；
所述耦合環(huán)為鎳圓線，鎳圓線具有較小的電阻率和較大的硬度；
所述蓋板上設有安裝孔，所述耦合環(huán)另一端包裹聚酰亞胺薄膜并通過環(huán)氧樹脂膠粘接于安裝孔，保證耦合環(huán)與蓋板之間絕緣；
所述射頻連接器型號為SSMA-KFD20。
[0006]本發(fā)明具有以下有益效果:
本發(fā)明的磁控管微波腔相較于傳統(tǒng)的TEtlll* TE m模式微波腔，具有體積小、Q值高、磁場一致性好等特點，本發(fā)明繼承了 TEtlJS諧振模式好和TE m腔體積小的優(yōu)點，同時克服了TEtlll腔體積大和TE m腔信噪比低的缺點；采用弧形極片圍繞吸收泡均勻排布的方式使得微波腔內(nèi)磁場密集分布在中軸附近，這個區(qū)域正是吸收泡所在區(qū)域，也是抽運光照區(qū)域，所以這種結(jié)構(gòu)能讓更多的87Rb原子發(fā)生共振躍迀，產(chǎn)生較高的信噪比，因此銣原子鐘采用這種結(jié)構(gòu)的磁控管微波腔可以產(chǎn)生更好頻率穩(wěn)定度。
【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1A-A向視圖。
【具體實施方式】
[0008]如圖1和圖2所示一種銣原子鐘磁控管微波腔，包括微波腔外殼1、蓋板2、吸收泡3、弧形極片4、耦合環(huán)5，所述吸收泡3為圓柱形由玻璃材質(zhì)制成，所述耦合環(huán)5為鎳圓線；所述微波腔外殼I和蓋板2結(jié)合，其內(nèi)形成筒狀腔體，所述吸收泡3設置于筒狀腔體內(nèi)，所述弧形極片4圍繞吸收泡3均勻排布，并且相鄰弧形極片4間具有間隙；所述蓋板2上設置有型號為SSMA-KFD20的射頻連接器6和安裝孔，所述耦合環(huán)5 —端連接于射頻連接器6上，耦合環(huán)5另一端包裹聚酰亞胺薄膜并通過環(huán)氧樹脂膠粘安裝孔，所述耦合環(huán)5環(huán)身位于相鄰弧形極片4的間隙中；所述微波腔外殼I上纏繞有C場線圈7，所述C場線圈7為銅圓線，所述微波腔外殼I與C場線圈7之間設有聚酰亞胺絕緣層，所述C場線圈7上包裹有聚酰亞胺漆包層。
[0009]本發(fā)明的工作原理為:
磁控管微波腔是一種感容器件，腔體內(nèi)感容結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定頻率的電磁場，吸收泡3內(nèi)充有87Rb原子和緩沖氣體，在加載吸收泡3后，諧振頻率被調(diào)諧到6.835GHz附近，抽運光將吸收泡3中處于基態(tài)能級上的87Rb原子抽運到能級，此時耦合環(huán)5饋入一定功率的微波信號，激勵微波腔沿C場方向產(chǎn)生6.835GHz的微波場，光抽運和微波場的共同作用使87Rb原子在兩個能級之間產(chǎn)生共振躍迀，弧形極片4圍繞吸收泡3均勻排布構(gòu)成抽運光照區(qū)域，也是微波腔內(nèi)磁場沿軸向密集分布區(qū)域，所以磁控管微波腔可以產(chǎn)生較大的信噪比，由于耦合環(huán)5環(huán)身位于相鄰弧形極片4的間隙中，保證耦合環(huán)5發(fā)射的微波信號能夠順利進入微波腔中；在等效電路上可認為弧形極片4為電感部分，相鄰弧形極片4間的間隙為電容部分，等效的電感和電容諧振產(chǎn)生一定頻率的電磁場，諧振頻率由等效電感和電容決定，等效電感和電容的大小與弧形極片4的半徑、厚度、極片數(shù)、間隙寬度以及微波腔外殼I半徑有關(guān)，而與腔的長度無關(guān)，通過設定弧形極片4的半徑、厚度、極片數(shù)、間隙寬度和微波腔外殼I半徑來改變微波腔的諧振頻率；微波腔外殼I纏繞兩層C場線圈7，使得微波腔內(nèi)部產(chǎn)生微弱磁場，使吸收泡3中的87Rb原子產(chǎn)生超精細能級分裂。
【主權(quán)項】
1.一種銣原子鐘磁控管微波腔，其特征在于:包括微波腔外殼(1)、蓋板(2)、吸收泡(3)、弧形極片(4)、耦合環(huán)(5)，所述微波腔外殼(I)和蓋板(2)結(jié)合，其內(nèi)形成筒狀腔體，所述吸收泡(3)設置于筒狀腔體中，所述弧形極片(4)圍繞吸收泡(3)均勻排布，并且相鄰弧形極片(4)間具有間隙，所述蓋板(2)上設置有射頻連接器(6)，所述耦合環(huán)(5)—端連接于射頻連接器(6)上，另一端連接于蓋板(2)，所述耦合環(huán)(5)環(huán)身位于相鄰弧形極片(4)的間隙中。
2.如權(quán)利要求1所述一種銣原子鐘磁控管微波腔，其特征在于:所述微波腔外殼(I)上纏繞有C場線圈(7)。
3.如權(quán)利要求2所述一種銣原子鐘磁控管微波腔，其特征在于:所述微波腔外殼(I)與C場線圈(7)之間設有聚酰亞胺絕緣層，所述C場線圈(7)上包裹有聚酰亞胺漆包層。
4.如權(quán)利要求2或3所述一種銣原子鐘磁控管微波腔，其特征在于:所述C場線圈(7)為銅圓線。
5.如權(quán)利要求1至3任意一項所述一種銣原子鐘磁控管微波腔，其特征在于:所述吸收泡(3)為圓柱形。
6.如權(quán)利要求5所述一種銣原子鐘磁控管微波腔，其特征在于:所述吸收泡(3)由玻璃材質(zhì)制成。
7.如權(quán)利要求1至3任意一項所述一種銣原子鐘磁控管微波腔，其特征在于:所述耦合環(huán)(5)為鎳圓線。
8.如權(quán)利要求1至3任意一項所述一種銣原子鐘磁控管微波腔，其特征在于:所述蓋板(2)上設有安裝孔，所述耦合環(huán)(5)另一端包裹聚酰亞胺薄膜并通過環(huán)氧樹脂膠粘接于安裝孔。
9.如權(quán)利要求1至3任意一項所述一種銣原子鐘磁控管微波腔，其特征在于:所述射頻連接器(6)型號為SSMA-KFD20。
【專利摘要】本發(fā)明屬于量子頻率標準和微波技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種銣原子鐘磁控管微波腔。本發(fā)明包括微波腔外殼、蓋板、吸收泡、弧形極片、耦合環(huán)，所述微波腔外殼和蓋板結(jié)合，其內(nèi)形成筒狀腔體，所述吸收泡設置于腔體內(nèi)，所述弧形極片圍繞吸收泡均勻排布，并且相鄰弧形極片間具有間隙，所述蓋板上設置有射頻連接器，所述耦合環(huán)一端連接于射頻連接器上，另一端連接于蓋板，所述耦合環(huán)環(huán)身位于相鄰弧形極片的間隙中。相較于傳統(tǒng)的TE011和TE111模式微波腔，本發(fā)明具有體積小、Q值高、磁場一致性好等優(yōu)點。
【IPC分類】H01J25-50, G04F5-14, H01J23-20
【公開號】CN104733270
【申請?zhí)枴緾N201510099529
【發(fā)明人】陳溶波, 崔敬忠, 梁耀廷, 涂建輝, 張金海
【申請人】蘭州空間技術(shù)物理研究所
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月6日