專利名稱：地面空間用原子頻標(biāo)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
地面空間用原子頻標(biāo)裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型屬于原子鐘設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種地面空間用原子頻標(biāo)裝置。
背景技術(shù)：
[0002]微重力環(huán)境為研制高精端的系統(tǒng)設(shè)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(tǒng)技術(shù)中速度減慢10-100倍)。因而，可使譜線降至0.05-0.1Hz0慢原子還有利于進(jìn)步減小很多引起頻率移動(dòng)的因素，如:剩余多普勒頻移，譜線牽引頻移，剩余二次塞曼效應(yīng)，相對(duì)論效應(yīng)和碰撞頻移等。在微重力條件下原子處于自由懸浮狀態(tài)，無(wú)須用非均勻磁場(chǎng)囚禁原子，有利于消除非均勻譜線展寬。同時(shí)，在遠(yuǎn)離地面的空間，將無(wú)震動(dòng)引入的噪聲干擾，電磁場(chǎng)干擾也比地面為小。所以，微重力環(huán)境是一個(gè)理想的進(jìn)行精密物理測(cè)量的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地。由于組成原子鐘的共振吸收泡是一個(gè)氣壓敏感性器件，在微重力環(huán)境下，低氣壓將對(duì)原子鐘主要性能指標(biāo)，如頻率穩(wěn)定度，產(chǎn)生重要影響。實(shí)用新型內(nèi)容[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠適用于地面及真空環(huán)境的地面空間用原子頻標(biāo)裝置。[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種地面空間用原子頻標(biāo)裝置，包括:光源、用于完成量子躍遷過程的原子共振吸收模塊、恒溫模塊、用于對(duì)所述原子共振吸收模塊輸出的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的光檢測(cè)單元、用于為所述原子共振吸收模塊中量子躍遷過程提供磁場(chǎng)的磁場(chǎng)控制模塊、用于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、所述恒溫模塊、所述微波射頻源、所述磁場(chǎng)控制模塊連接；所述光檢測(cè)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(cè)單元、所述磁場(chǎng)控制模塊、所述恒溫模塊連接；所述恒溫模塊為所述原子共振吸收模塊提供恒定的溫度；所述中央處理器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)所述恒溫模塊提供的恒定溫度進(jìn)行改變。[0005]進(jìn)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于所述諧振腔內(nèi)部；所述諧振腔依次與所述光源、所述恒溫模塊、所述微波射頻源、所述磁場(chǎng)控制模塊連接；所述光檢測(cè)單元通過所述諧振腔對(duì)所述光源發(fā)出的光束經(jīng)所述共振吸收單元處理后的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。[0006]進(jìn)一步地，所述共振吸收單元是由玻璃材質(zhì)構(gòu)成呈泡狀腔體結(jié)構(gòu)的共振吸收泡。[0007]進(jìn)一步地，所述磁場(chǎng)控制模塊包括:漆包線、恒流源；所述漆包線纏繞在所述諧振腔外壁，并與所述恒流源連接；所述恒流源與所述中央處理器連接。[0008]進(jìn)一步地，所述微波射頻源輸出頻率在原子基態(tài)超精細(xì)結(jié)構(gòu)0-0躍遷中心頻率附近，用于完成整個(gè)原子譜線的掃描。[0009]進(jìn)一步地，所述光源中用于輻射光束的元素是A。[0010]進(jìn)一步地，所述共振吸收泡內(nèi)充有元素A及其同位素B。[0011 ] 進(jìn)一步地，所述A元素是87Rb，所述B元素是85Rb。[0012]進(jìn)一步地，所述共振吸收泡內(nèi)充有氣體M、氣體N、氣體P ;所述共振吸收泡內(nèi)總氣體壓力系數(shù)接近于0，總氣體溫度系數(shù)為O。[0013]進(jìn)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?dú)?。[0014]本實(shí)用新型提供的一種地面空間用原子頻標(biāo)裝置，包括:光源、原子共振吸收模塊、恒溫模塊、光檢測(cè)單元、磁場(chǎng)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、恒溫模塊、微波射頻源、磁場(chǎng)控制模塊連接。光檢測(cè)單元與原子共振吸收模塊連接。中央處理器依次與光檢測(cè)單元、磁場(chǎng)控制模塊、恒溫模塊連接。本實(shí)用新型通過在共振吸收泡內(nèi)充制氣體M、氣體N、氣體P。并控制三者充制比例，能夠?qū)崿F(xiàn)共振吸收泡內(nèi)總氣體壓力系數(shù)接近于0，總氣體溫度系數(shù)接近于0或?yàn)?，進(jìn)而克服壓力頻移或溫度系數(shù)頻移。同時(shí)，本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確度高的特點(diǎn)。


[0015]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種地面空間用原子頻標(biāo)裝置原理結(jié)構(gòu)示意圖。[0016]其中，201-光源，202-原子共振吸收模塊，203-恒溫模塊，204-光檢測(cè)單元，205-磁場(chǎng)控制模塊，206-微波射頻源，207-中央處理器。
具體實(shí)施方式
[0017]
以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型提供的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)說明。[0018]參見圖1，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種地面空間用原子頻標(biāo)裝置，包括:光源201、用于完成量子躍遷過程的原子共振吸收模塊202、恒溫模塊203、用于對(duì)原子共振吸收模塊202輸出的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的光檢測(cè)單元204、用于為原子共振吸收模塊202中量子躍遷過程提供磁場(chǎng)的磁場(chǎng)控制模塊205、用于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、恒溫模塊203、微波射頻源204、磁場(chǎng)控制模塊205連接。光檢測(cè)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(cè)單元204、磁場(chǎng)控制模塊205、恒溫模塊203連接。[0019]本實(shí)施例中，恒溫模塊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(huán)境溫度，進(jìn)而為原子共振吸收模塊202提供恒定工作溫度。[0020]本實(shí)施例中，原子共振吸模塊202包括:共振吸收單元、諧振腔。其中，共振吸收單元置于諧振腔內(nèi)部。同時(shí)，諧振腔內(nèi)部設(shè)置有耦合環(huán)，并依次與光源201、恒溫模塊203、微波射頻源206、磁場(chǎng)控制模塊205連接。光檢測(cè)單元204通過諧振腔對(duì)光源201發(fā)出的光束經(jīng)共振吸收單元處理后的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。[0021]優(yōu)選地，共振吸收單元是由玻璃材質(zhì)構(gòu)成呈泡狀腔體結(jié)構(gòu)的共振吸收泡。[0022]本實(shí)施例中，磁場(chǎng)控制模塊205包括:漆包線、恒流源。其中，漆包線纏繞在諧振腔外壁，并與恒流源連接。恒流源與中央處理器202連接。中央處理器202通過控制恒流源輸出電流大小，進(jìn)而通過漆包線控制諧振腔內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)弱。[0023]本實(shí)施例中，微波射頻源205輸出頻率在原子基態(tài)超精細(xì)結(jié)構(gòu)0-0躍遷中心頻率附近，用于完成整個(gè)原子譜線的掃描。[0024]本實(shí)施例中，光源201中用于輻射光束的元素是A。共振吸收泡內(nèi)充有元素A及其同位素B。優(yōu)選地，元素A是87Rb,元素B是85Rb。[0025]本實(shí)施例中，共振吸收泡內(nèi)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?qū)崿F(xiàn)共振吸收泡內(nèi)總氣體壓力系數(shù)接近于0，總氣體溫度系數(shù)接近于0或?yàn)镺。[0026]優(yōu)選地，氣體M是氪氣,氣體N是氫氣,氣體P是氮?dú)?。[0027]下面，通過例舉幾種常用緩沖氣體壓力系數(shù)與溫度系數(shù)，及對(duì)本實(shí)用新型的操作原理作詳細(xì)說明以支持本實(shí)用新型提供的地面空間用原子頻標(biāo)裝置所要解決的技術(shù)問題。[0028]幾種常用緩沖氣體壓力系數(shù)與溫度系數(shù)[0029]
權(quán)利要求1.一種地面空間用原子頻標(biāo)裝置，其特征在于，包括:光源(201)、用于完成量子躍遷過程的原子共振吸收模塊(202)、恒溫模塊(203)、用于對(duì)所述原子共振吸收模塊(202)輸出的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的光檢測(cè)單元(204)、用于為所述原子共振吸收模塊(202)中量子躍遷過程提供磁場(chǎng)的磁場(chǎng)控制模塊(205)、用于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)、所述恒溫模塊(203)、所述微波射頻源(206)、所述磁場(chǎng)控制模塊(205)連接； 所述光檢測(cè)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(cè)單元(204)、所述磁場(chǎng)控制模塊(205)、所述恒溫模塊(203)連接； 所述恒溫模塊(203)為所述原子共振吸收模塊(202)提供恒定的溫度； 所述中央處理器(207)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)所述恒溫模塊(203)提供的恒定溫度進(jìn)行改變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述地面空間用原子頻標(biāo)裝置，其特征在于，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于所述諧振腔內(nèi)部； 所述諧振腔依次與所述光源(201)、所述恒溫模塊(203)、所述微波射頻源(206)、所述磁場(chǎng)控制模塊(205)連接； 所述光檢測(cè)單元(204)通過所述諧振腔對(duì)所述光源(201)發(fā)出的光束經(jīng)所述共振吸收單元處理后的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述地面空間用原子頻標(biāo)裝置，其特征在于: 所述共振吸收單元是由玻璃材質(zhì)構(gòu)成呈泡狀腔體結(jié)構(gòu)的共振吸收泡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述地面空間用原子頻標(biāo)裝置，其特征在于，所述磁場(chǎng)控制模塊(205)包括:漆包線、恒流源 ； 所述漆包線纏繞在所述諧振腔外壁，并與所述恒流源連接； 所述恒流源與所述中央處理器(207)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述地面空間用原子頻標(biāo)裝置，其特征在于: 所述微波射頻源(206)輸出頻率在原子基態(tài)超精細(xì)結(jié)構(gòu)0-0躍遷中心頻率附近，用于完成整個(gè)原子譜線的掃描。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述地面空間用原子頻標(biāo)裝置，其特征在于: 所述光源(201)中用于輻射光束的元素是A。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述地面空間用原子頻標(biāo)裝置，其特征在于: 所述共振吸收泡內(nèi)充有元素A及其同位素B。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述地面空間用原子頻標(biāo)裝置，其特征在于: 所述A元素是87Rb,所述B元素是85Rb。
9.根據(jù)權(quán)利要求3-8任一項(xiàng)所述地面空間用原子頻標(biāo)裝置，其特征在于: 所述共振吸收泡內(nèi)充有氣體M、氣體N、氣體P ； 所述共振吸收泡內(nèi)總氣體壓力系數(shù)接近于0，總氣體溫度系數(shù)為O。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述地面空間用原子頻標(biāo)裝置，其特征在于: 所述氣體M是氪氣,所述氣體N是氫氣,所述氣體P是氮?dú)狻?br> 專利摘要本實(shí)用新型公開了的一種地面空間用原子頻標(biāo)裝置，包括光源201、原子共振吸收模塊202、恒溫模塊203、光檢測(cè)單元204、磁場(chǎng)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、恒溫模塊203、微波射頻源204、磁場(chǎng)控制模塊205連接。光檢測(cè)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(cè)單元204、磁場(chǎng)控制模塊205、恒溫模塊203連接。本實(shí)用新型通過在共振吸收泡內(nèi)充制氣體M、氣體N、氣體P。并控制三者充制比例，能夠?qū)崿F(xiàn)共振吸收泡內(nèi)總氣體壓力系數(shù)接近于0，總氣體溫度系數(shù)接近于0或?yàn)?，進(jìn)而克服壓力頻移或溫度系數(shù)頻移。同時(shí)，本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確度高的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H03L7/26GK203086443SQ201220700610
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者雷海東 申請(qǐng)人:江漢大學(xué)