專利名稱：原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器，更具體地說(shuō)，涉及包括諧振腔、在諧振腔內(nèi)用于儲(chǔ)存原子或分子元素的存儲(chǔ)裝置、以及向諧振腔提供熱能的加熱裝置的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器。
原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器是以非常精密和準(zhǔn)確的工作頻率為特征的器具，其基本諧振系統(tǒng)是在限定能級(jí)的兩個(gè)勢(shì)阱之間經(jīng)歷躍遷的原子或分子。在J.Vanier和C.Andion編寫(xiě)的“原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的量子物理學(xué)”((1989年由(Bvistol和Phila-delphia)的亞當(dāng).希爾格公司出版))一書(shū)中描述了頻率標(biāo)準(zhǔn)器的一般工作原理。
瑞士專利640370和美國(guó)專利4316153分別描述了使用充氣光電管和量子放大器脈塞的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器的實(shí)施例。
為了說(shuō)明已知的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器的操作，現(xiàn)描述和附

圖1有關(guān)的采用充氣光電管的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器。
概略示于圖1的頻率標(biāo)準(zhǔn)器主要包括原子諧振器10、晶體振蕩器及連帶的倍頻器或頻率成器電路11、和反饋電路12。原子諧振器10主要由燈泡13、濾清元件14、微波空腔諧振器15、吸收池16和光電管17組成。電源18為激勵(lì)該振蕩器及連帶的電路11、燈泡13和控制原子諧振器10的各種元件的溫度而提供所必需的能量。一般的加熱線圈18a由電源電路18供電和控制。
另一個(gè)電源電路19為經(jīng)由線圈19a把磁場(chǎng)供給微波空腔諧振器15而供電。此外，微波空腔諧振器15被磁屏20b所包圍以阻擋外部磁場(chǎng)對(duì)原子諧振器10的工作的影響。
在圖1所示的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器中，由光抽運(yùn)導(dǎo)致原子(它通常是堿金屬，例如鉀、鈉或銣)的基態(tài)超精細(xì)能級(jí)之間的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。假如頻率標(biāo)準(zhǔn)器采用銣，則使用現(xiàn)在要加以描述的標(biāo)準(zhǔn)光抽運(yùn)裝置。
吸收池16包括同位素銣87，其光譜包含兩個(gè)超精細(xì)分量A和B，以及適當(dāng)?shù)木彌_氣體(例如氮)吸收池16經(jīng)由包含銣85蒸氣的濾清元件14被銣87燈泡13照亮，其吸收光譜包含超精細(xì)分量a和b。當(dāng)分量B和b完全被分開(kāi)的時(shí)候，分量A和a實(shí)際以重合形式存在。因此燈泡13的輻射光譜的分量A基本上被濾清元件14消除，使得到達(dá)吸收池16的光主要由分量B的光頻組成。只有處于較低超精細(xì)能級(jí)(F＝1)的吸收池16的銣87的原子吸收光并被遷移至較高能態(tài)。
吸收池16中的銣原子已經(jīng)這樣激勵(lì)以后，它們不是松弛到較高的超精細(xì)能級(jí)(F＝2)就是由于和緩沖氣體的氮分子相撞而松弛到較低的基態(tài)超精細(xì)能級(jí)。由于到達(dá)的光立即激發(fā)這些原子，就使較低能級(jí)(F＝1)減少粒子數(shù)至有利于遷入較高能級(jí)(F＝2)。因?yàn)檫@抽運(yùn)光的不平衡，因而導(dǎo)致這兩個(gè)能級(jí)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，而吸收池16實(shí)際上成為可透射來(lái)自燈泡13的殘留輻射的吸收池。
吸收池16被配置在微波空腔諧振器75內(nèi)，電路11激發(fā)空腔諧振器15至接近6835MHz的頻率，該頻率對(duì)應(yīng)于超精細(xì)能級(jí)F＝1，mf＝0和F＝2，mf＝0的分離能量，該能量導(dǎo)致同時(shí)有這兩個(gè)能級(jí)之間的電磁輻射的發(fā)射物的超精細(xì)躍遷。參與受激發(fā)射的原子一到達(dá)較低超精細(xì)能級(jí)(F＝1)，它們就被光軸運(yùn)并被遷移到受激態(tài)。
在這過(guò)程中，磁屏20b使周?chē)獠看艌?chǎng)降至低能級(jí)，由電源電路19所激勵(lì)的磁場(chǎng)線圈19a則產(chǎn)生一小而均勻的軸向磁場(chǎng)。在吸收池16中這樣產(chǎn)生的磁場(chǎng)按照已知的塞曼效應(yīng)移動(dòng)超精細(xì)能級(jí)的能量值，從而調(diào)準(zhǔn)在上述受激發(fā)射中所發(fā)出的電磁輻射的正確頻率。
受激發(fā)射的數(shù)目愈大，吸入吸收池16的光量就愈大而到達(dá)光電管17的光量就愈小。因此，當(dāng)微波空腔諧振器15的激發(fā)信號(hào)頻率在躍遷頻率上時(shí)，由光電管17產(chǎn)生的電流為最小。
電路11的石英振蕩器21產(chǎn)生5MHz的信號(hào)，在調(diào)相器22中被調(diào)制到由低頻發(fā)生器23所產(chǎn)生的較低頻率(大約100Hz至1KHz)。該調(diào)制后信號(hào)加到倍增器/合成器24以獲得其有受激發(fā)射頻率6835MHz的信號(hào)。為激發(fā)微波空腔諧振器15就是采用了這個(gè)信號(hào)。
由光電管17提供的信號(hào)被反饋電路12的放大器25所接收，然后加到相位比較器26，相位比較器26同時(shí)從電路11的發(fā)生器23接收基準(zhǔn)信號(hào)，以便在某種意義上完成同步檢波使得能夠確定加到微波空腔諧振器15的信號(hào)的載波頻率是否正好對(duì)準(zhǔn)超精細(xì)躍遷頻率(6835MHz)上。任何偏移由相位比較器26輸出端上的誤差信號(hào)來(lái)指示。這信號(hào)被送到積分器27、該積分器是用來(lái)控制耦合到石英振蕩器21的齊納二極管28，并為調(diào)整石英振蕩器21的頻率以便保持其倍頻對(duì)準(zhǔn)在銣87的超精細(xì)躍遷的頻率上。
圖1的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器的工作頻率的穩(wěn)定性和精密度取決于當(dāng)原子或分子正承受上述受激發(fā)射時(shí)，吸收池16中的原子或分子與微波空腔諧振器15的電磁場(chǎng)的相互作用。微波空腔諧振器15的電磁場(chǎng)具有基本上和原子或分子超精細(xì)躍遷輻射相同的頻率和波長(zhǎng)，微波空腔諧振器的實(shí)際尺度則與輻射的波長(zhǎng)有關(guān)。
原子諧振器10的工作頻率的穩(wěn)定性和精密度還取決于對(duì)燈泡13、吸收池16和濾清元件14的良好溫度控制。這與以下事實(shí)有關(guān)，即像石英振蕩器21的倍頻所詢問(wèn)(interrogated)的和照射到光電管17上的光信號(hào)所檢測(cè)的超精細(xì)躍遷頻率受同時(shí)發(fā)生的光軸運(yùn)處理的影響。超精細(xì)躍遷頻率視乎被吸收光的光譜和強(qiáng)度而定，稍有一點(diǎn)偏移而這本身又是燈泡13、濾清元件14和吸收池16的溫度的函數(shù)。此外，由于和緩沖氣體相撞所造成的超精細(xì)躍遷頻率的偏移是吸收池16中銣87和緩沖氣體的壓力和溫度的函數(shù)。
在一些無(wú)需加熱和/或溫度控制吸收池的原子或分子元素的先有技術(shù)原子諧振器中，為了減少微波空腔諧振器的實(shí)際尺寸并為加強(qiáng)和定向在微波空腔諧振器內(nèi)部的吸收池部位的電磁場(chǎng)，已將電極環(huán)狀地配置于微波空腔諧振器內(nèi)部的吸收池周?chē)?。在吸收池部位中所得到的電磁?chǎng)密度使微波空腔諧振器的占空因數(shù)和品質(zhì)因數(shù)為最佳。占空因數(shù)是吸收池內(nèi)原子或分子元素所占據(jù)的空間的全部磁能與諧振器的全部磁能之比;占空因數(shù)越高，原子諧振器的響應(yīng)曲線越好。品質(zhì)因數(shù)是由所研究空腔諧振器的諧振模的頻率與其諧振掃描線寬度之比給定，并由儲(chǔ)存的能量與經(jīng)由空腔諧振器丟失的功率之比確定。
但是這種先有技術(shù)諧振器的電極是被粘合到吸收池中，并通過(guò)使用固著劑(例如適當(dāng)?shù)臉?shù)脂)固定在彼此相對(duì)的位置上。所用固著劑的介電特性削弱了吸收池部位的電磁場(chǎng)的強(qiáng)度和均勻性。此外使它們和諧振腔壁電絕緣及絕熱，并按照取決于這電絕緣和隔熱的設(shè)計(jì)公式加以設(shè)計(jì)。
這種電極也在微波空腔諧振器內(nèi)部提供熱團(tuán)(thermalmass)它使得準(zhǔn)確控制微波空腔諧振器(和在內(nèi)部的吸收池)的溫度更加困難。該電極起了阻擋熱量從微波空腔諧振器壁轉(zhuǎn)移到諧振腔內(nèi)部和設(shè)置在那里的吸收池的作用，從而減少原子諧振器的熱響應(yīng)時(shí)間，并當(dāng)想要減少微波空腔諧振器的加熱時(shí)，卻儲(chǔ)存并接著輻射熱。
在先有技術(shù)原子諧振器中，另外需要提供能量不僅僅為加熱吸收池里面的東西(在那里溫度是重要的)，同時(shí)也為加熱微波空腔諧振器中不需要準(zhǔn)確控制溫度的其他區(qū)域。
此外，事實(shí)是除了吸收池以外的微波空腔諧振器的區(qū)域都在被加熱，這意味著，先有技術(shù)的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器的最初予熱時(shí)間大于所需時(shí)間。
本發(fā)明的目的是提供至少減輕或克服先有技術(shù)中出現(xiàn)的一些缺點(diǎn)的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器。
考慮到這一目的，本發(fā)明提供的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器包括在密封箱內(nèi)的諧振腔、用于儲(chǔ)存原子或分子元素的所述諧振腔內(nèi)的存儲(chǔ)裝置、使所述存儲(chǔ)裝置置于均勻振蕩磁場(chǎng)的影響下的磁場(chǎng)發(fā)生裝置、用于把所述元素置于預(yù)選能態(tài)的狀態(tài)選擇裝置、用于在預(yù)定的頻率下從所述預(yù)選能態(tài)到另一預(yù)選能態(tài)的躍遷激發(fā)裝置、和用于向所述密封箱提供熱能的加熱裝置，其特征在于至少一個(gè)電極被置于所述存儲(chǔ)裝置的周?chē)员憬璐思訌?qiáng)在所述存儲(chǔ)裝置部位中的所述受激躍遷的所述振蕩磁場(chǎng)，所述至少一個(gè)電極用一個(gè)或更多的導(dǎo)熱部件接到所述密封箱以便由此向所述存儲(chǔ)裝置提供所述熱能。
以下的描述更詳細(xì)地涉及本發(fā)明的種種特性。為便于理解本發(fā)明，在描述過(guò)程中參照了說(shuō)明一最佳實(shí)施例中的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器的附圖?？墒遣挥谜f(shuō)，本發(fā)明的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器并不局限于附圖中所示的該最佳實(shí)施例。
附圖中圖1(已被敘述)概略示出按照先有技術(shù)的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器;
圖2是供本發(fā)明的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器使用的原子諧振器的橫斷面?zhèn)纫晥D;及圖3是圖2的原子諧振器的橫斷面俯視圖。
如圖2所示，按照本發(fā)明的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器的結(jié)構(gòu)基本上包括燈泡40、吸收池41、含有器壁43的微波空腔諧振器42、光電管44、電極45a至45d以及連接部件47a至47d。
燈泡40主要包括銣87、或銣87和銣85的混合物，以及適當(dāng)?shù)挠|發(fā)氣體(例如氬)。頻率在大約100至150MHz之間的無(wú)線頻率振蕩器的電感負(fù)載，被裝進(jìn)接到電纜50的勵(lì)磁線圈49之內(nèi)。為了避免信號(hào)對(duì)吸收池41和光電管44的輻射，柵極51被安排在該組件周?chē)?br> 標(biāo)準(zhǔn)加熱電路(圖中未示)包括加熱電阻和溫度傳感器，用來(lái)使燈泡保持在恒定溫度下，該溫度可為140℃。
吸收池41置于面向燈泡40的地方。在圖示的實(shí)施例中，吸收池41包含銣85和銣87以及可能為氮或氮和甲烷的混合物的適當(dāng)緩沖氣體。吸收池41具有(例如)14mm的直徑和25mm的長(zhǎng)度，提供大約3cm3的內(nèi)部容積。
位于吸收池41最靠近燈泡40那部位的銣85原子吸收后者(即燈泡40)的光譜分量A，導(dǎo)致濾光，位于吸收池41離燈泡40最遠(yuǎn)的部位的銣87原子吸收燈泡40的光譜分量B，這導(dǎo)致為選擇銣87原子的狀態(tài)所需的光抽運(yùn)。另一方面，可以把同位過(guò)濾器和堿性源結(jié)合起來(lái)以給吸收池41提供預(yù)濾光的燈泡。還有另一種可供選擇的方法是使用二極管激光器作為光源，由此無(wú)需進(jìn)行任何濾光。
用磁屏52保護(hù)微波空腔諧振器42免受外部磁場(chǎng)的影響。微波空腔諧振器42置于由線圈53所產(chǎn)生的均勻磁場(chǎng)、和由微波回路54(其由外部振蕩器經(jīng)由接插件55和同軸電纜56所激勵(lì))所產(chǎn)生的微波場(chǎng)的影響下?；芈?4可包括SRD(階躍恢復(fù)二極管)，它使得由振蕩器所提供的信號(hào)的頻率倍增，從而能利用較低頻率的振蕩器。
為了使吸收池41的溫度保持在其正常工作值(在銣87充氣光電管情況下可為85℃，微波空腔諧振器42配置有加熱和溫度控制裝置。為了向微波空腔諧振器42提供熱能，可向放在微波空腔諧振器42的器壁43周?chē)碾p繞加熱導(dǎo)線58供以電流。為了調(diào)整微波空腔諧振器42的溫度，溫度傳感器59向加熱和溫度控制裝置提供反饋。
就吸收池41的銣87原子而言，微波空腔諧振器42是在6835MHz的諧振頻率下受激，該頻率對(duì)應(yīng)于從能級(jí)F＝2，mf＝0至能級(jí)F＝1，mf＝0的超精細(xì)躍遷頻率。
由吸收池42的銣87原子對(duì)光譜分量B的吸收被光電管44檢測(cè)。以眾所周知的方式使用這吸收信號(hào)以便使回路54所發(fā)出的詢問(wèn)信號(hào)的頻率跟蹤銣87的能級(jí)F＝2，mf＝0至能級(jí)F＝1，mf＝0的超精細(xì)躍遷頻率。
電極45a至45d位于吸收池41周?chē)?，圍繞著吸收池41的縱軸線57，既增強(qiáng)了吸收池41部位的場(chǎng)強(qiáng)使得在磁場(chǎng)和儲(chǔ)存于吸收池41的銣87原子之間產(chǎn)生最佳耦合，又把微波空腔諧振器42的振蕩磁場(chǎng)吸持在相對(duì)于吸收池41內(nèi)磁定向的銣87原子的理想和均勻取向的方位。必須理解，電極45a至45d只是可使用電極的圖解說(shuō)明，而不同于圖示方式圍繞吸收池的其他電極取向也是可能做到的。可用任何數(shù)目圍繞吸收池41的電極，而這樣使用的每個(gè)電極可在形狀、大小和與其他電極的間距方面均可不同。
連接部件47a至47d把電極45a至45d連接到微波空腔諧振器42的壁43，并把該電極支撐在彼此相關(guān)的固定位置上，而不必使用樹(shù)脂或其他定位裝置，而該樹(shù)脂或定位裝置干擾吸收池42部位的振蕩磁場(chǎng)的均勻性和強(qiáng)度。
連接部件47和48是由導(dǎo)熱材料制成而且最好具有與電極鄰接的接觸表面，為了有效地把來(lái)自微波空腔諧振器42器壁43的、由加熱線圈58所提供的熱能轉(zhuǎn)移到電極45a至45d，該表面實(shí)質(zhì)上等于相應(yīng)電極的表面。
最好，連接部件47a至47d幾乎充滿在電極的外表面和壁43的內(nèi)表面之間的整個(gè)空間，從而進(jìn)一步加強(qiáng)熱能的轉(zhuǎn)移。這樣吸收池41就可直接由電極45a至45d加熱，將原子諧振器的予熱時(shí)間減至最小，減少伴生的頻率誤差，并保證吸收池41內(nèi)銣和緩沖氣體的溫度的更準(zhǔn)確控制和一致性。此外，當(dāng)僅僅是池41而不是整個(gè)微波空腔諧振器需要保持在所需溫度時(shí)，則可減小為加熱吸收池41所必需的功率。
在微波空腔諧振器42內(nèi)存在適當(dāng)?shù)恼袷幋艌?chǎng)的情況下，電極構(gòu)成一種允許電流在電極內(nèi)部循環(huán)流通的輔助(peripheral)電路，由此賦予一定的電感特性。輔助電流也在吸收池41的線圈縱軸線的周?chē)姌O之間流通，從而確定了由于電極末端之間顯著的介電間隙所造成的一定電容量。那些電極的適當(dāng)定位和大小影響這些電容和電感的數(shù)值，因而可以確定微波空腔諧振器42的主諧振頻率。
由于這些電容，導(dǎo)致在間隙之間出現(xiàn)一定的電場(chǎng)。這些電容的數(shù)值(從而微波空腔諧振器42的諧振頻率)就這樣受這電場(chǎng)穿過(guò)其中的材料的介電值的影響。器壁的介電常數(shù)最好不同于不存在吸收池41時(shí)電場(chǎng)穿過(guò)其中的材料的介電常數(shù)。由此可見(jiàn)，池41和電極45a-45d的相對(duì)移動(dòng)將改變穿過(guò)池41的電場(chǎng)的比例，從而改變由電極45a-45d所產(chǎn)生的電容，同時(shí)改變微波空腔諧振器42的諧振頻率。
圖2所示原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器包括用于裝定相對(duì)于電極45a-45d的存儲(chǔ)裝置41的定位裝置70。定位裝置70包括配有其內(nèi)表面上有螺紋73的環(huán)形套筒72的帽蓋部件71。密封箱43的外表面也帶有用于和帽蓋71的螺紋73配合的螺紋74。吸收池41被固定在帽蓋71的內(nèi)表面75上。這樣，帽蓋71和密封箱42的相對(duì)擰緊或擰松導(dǎo)致吸收池41分別被嵌入電極45a-45d之間的位置或從其內(nèi)取出，從而改變穿過(guò)吸收池41的電場(chǎng)的比例。吸收池41的壁厚度、電極45a-45d的尺寸和會(huì)影響微波空腔諧振器42的諧振頻率的頻率標(biāo)準(zhǔn)器內(nèi)部的其他元件尺寸的變化均可通過(guò)調(diào)整吸收池41的位置加以補(bǔ)償。
可以用任何簡(jiǎn)便裝置把吸收池41固定到帽蓋71上。但是若池41不是通過(guò)帽蓋71支承例如，若頻率標(biāo)準(zhǔn)器固定在與圖2所示位置相反的位置上，則池41就不必固定在帽蓋71上。此外，為了得到在密封箱43范圍內(nèi)，池41和電極45a-45d之間的相對(duì)移動(dòng)，可以用其他方式配置圖2所示的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器。例如，可以把吸收池41固定在與容器60和61的內(nèi)壁配合的帽狀部件上。這些和其它機(jī)械等同物可被本領(lǐng)域技術(shù)人員用來(lái)組成本發(fā)明的一部分。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是用四個(gè)電極實(shí)現(xiàn)的這些電極各有0.8mm的厚度和沿線圈58的縱軸方向的12mm的長(zhǎng)度。各電極間的間隙是0.6mm。所用吸收池的壁厚在0.2到0.3mm之間，并且是由介電常數(shù)為4.5的材料制成。在這典型布局中，頻率標(biāo)準(zhǔn)器的牽引范圍或換句話說(shuō)，吸收池41被全部嵌入電極45a-45d之間時(shí)微波空腔諧振器42的諧振頻率與池41全部取出時(shí)的諧振頻率相比較的差數(shù)，達(dá)到400MHz。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，連接部件47a-47d連同電極45a-45d可用來(lái)支撐微波空腔諧振器42內(nèi)的吸收池41?？梢园哑渲幸粋€(gè)或多個(gè)電極固定到吸收池上使這樣的支承成為可能。換句話說(shuō)，兩個(gè)或更多電極的，或者其中一個(gè)或多個(gè)電極同微波空腔諧振器的器壁的物理關(guān)系可用于連接它們之間的池和支撐吸收池41。照這樣，可以把吸收池定位在微波空腔諧振器42之內(nèi)以使吸收池41部位的振蕩磁場(chǎng)達(dá)到最大限度。
在圖2和3所示的配置中，發(fā)現(xiàn)由電極45a-45d和部件47a-47d的諧振結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的振蕩磁通量在微波空腔諧振器42的中心達(dá)到最佳值。這樣就可在沒(méi)有引入會(huì)導(dǎo)致額外介電損耗和磁場(chǎng)干擾的其他支承部件的情況下，安置吸收池41。
為了增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度和便于制造本發(fā)明的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器，可以把支承部件47a-47d同微波空腔諧振器42的器壁43構(gòu)成一個(gè)整體。以相同方式，電極45a-45d也可與支承部件47a-47d構(gòu)成一個(gè)整體。
由外殼60和蓋子61所組成的容器可便利地置于真空之下，因此提供了勝過(guò)已知原子頻率諧振器的若干有利條件。這些有利條件是首先，消除了在燈泡40和池41之間的轉(zhuǎn)換所引起的熱流使其能更精確地控制溫度;其次，把容器置于真空之下使燈泡40和池41能夠處于更靠近的位置上而沒(méi)有要縮減原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器容積的風(fēng)險(xiǎn);第三，改善了可以使用該標(biāo)準(zhǔn)器的溫度范圍和原子諧振器的頻率穩(wěn)定度;及第四，原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器所需功率消耗量被進(jìn)一步減少。
最好，在容器內(nèi)部的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器的各種元件(例如光源40和微波諧振器43)可通過(guò)低導(dǎo)熱性分隔器80和81接到容器60和61(如圖2所示)。這樣，可以使在容器內(nèi)的頻率標(biāo)準(zhǔn)器與容器隔熱，而不受在容器外的周?chē)鷫毫蜏囟雀淖円鸬臏囟炔町惡臀锢砼蛎浄矫娴耐瑯幼兓闹洹?br> 也可以用低導(dǎo)熱性氣體(例如氙或其他適當(dāng)?shù)闹胤肿託怏w)填滿容器而不是把容器置于真空之下。這氣體可以處在大氣壓力下。用氙填滿該容器能夠得到和將容器置于真空下的同樣優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，在這情況下，不必使用具有低漏氣特性的材料。
最后，不用說(shuō)，對(duì)該原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器可能作出并未脫離所附權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明范圍的各種各樣變更和/或改型。更具體地說(shuō)，必須認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明并不限于諸如銣充氣光電管標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)源原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器的范圍，而是適用于所有可使用振蕩磁場(chǎng)增強(qiáng)電極的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器。
權(quán)利要求
1.一種原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器包括在密封箱(43)內(nèi)的諧振腔(42)，在所述諧振腔(42)內(nèi)用于儲(chǔ)存原子或分子元素的存儲(chǔ)裝置(41)，使所述存儲(chǔ)裝置(41)置于均勻振蕩磁場(chǎng)影響下的場(chǎng)發(fā)生裝置(53)，用于將所述元素置于預(yù)選能態(tài)的狀態(tài)選擇裝置(40)，用于在預(yù)定頻率下從所述預(yù)選能態(tài)到另一預(yù)選能態(tài)的躍遷激發(fā)裝置(54)，及用于向所述密封箱(43)提供熱能的加熱裝置(58)，其特征在于至少一個(gè)電極(45a-45d)置于所述存儲(chǔ)裝置(41)的附近以便由此增強(qiáng)在所述存儲(chǔ)裝置(41)的部位所述受激躍遷的所述振蕩磁場(chǎng)，所述至少一個(gè)電極(45a-45d)通過(guò)一個(gè)或更多導(dǎo)熱部件(47a-47d)接到所述密封箱(43)以便由此向所述存儲(chǔ)裝置(41)提供所述熱能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器，其特征在于所述部件(47a-47d)與所述密封箱(43)是連成一個(gè)整體的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的任一原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器，其特征在于所述部件(47a-47d)與所述至少一個(gè)電極(45a-45d)連成一個(gè)整體。
4.根據(jù)上述任一權(quán)利要求的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器，其特征在于所述原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器是無(wú)源頻率裝置，所述存儲(chǔ)裝置(41)包括裝有氣態(tài)堿金屬的充氣光電管。
5.根據(jù)上述任一權(quán)利要求的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器，其特征在于所述存儲(chǔ)裝置(41)包含有銣和緩沖氣體。
6.根據(jù)上述任一權(quán)利要求的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器，其特征在于所述狀態(tài)選擇裝置(40)和所述存儲(chǔ)裝置(41)置于真空條件下的容器(60，61)內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任一原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器，其特征在于所述狀態(tài)選擇裝置(40)和所述存儲(chǔ)裝置(41)置于充滿低導(dǎo)熱氣體的容器(60，61)內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7的任一原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器，其特征在于所述狀態(tài)選擇裝置(13)和所述密封箱(43)通過(guò)低導(dǎo)熱分隔器(80，81)被接到所述容器(60，61)上。
9.根據(jù)上述任一權(quán)利要求的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器，其特征在于所述狀態(tài)選擇裝置(13)包括具有預(yù)定光譜分量的光源(40)，該光譜分量在所述光源(40)中通過(guò)光抽運(yùn)引起粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器，其特征在于所述光源(40)包括堿金屬燈。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器，其特征在于所述光源(40)包括堿源和同位素過(guò)濾器。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器，其特征在于所述光源(40)包括二極管激光器。
13.根據(jù)上述任一權(quán)利要求的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器，其特征在于在所述諧振腔(42)內(nèi)部用所述部件(47a-47d)支撐所述至少一個(gè)電極(45a-45d)。
14.根據(jù)上述任一權(quán)利要求的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器，其特征在于在所述諧振腔(42)內(nèi)部用所述至少一個(gè)電極(45a-45d)支撐所述存儲(chǔ)器裝置(41)。
15.根據(jù)上述任一權(quán)利要求的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器，其特征在于所述存儲(chǔ)裝置(41)被支撐在所述諧振腔(42)內(nèi)部的中心位置。
16.根據(jù)上述任一權(quán)利要求的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器，其特征在于所述電極(45a-45d)各具有許多末端，相鄰的所述末端間通過(guò)電場(chǎng)，至少某些所述電場(chǎng)穿過(guò)所述存儲(chǔ)裝置(41)，其中所述原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器另外包括用于固定相對(duì)于所述至少一個(gè)電極(45a-45d)的所述存儲(chǔ)裝置(41)的定位裝置(70)，以便改變穿過(guò)所述存儲(chǔ)裝置(41)的所述電場(chǎng)的比例。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器，其特征在于所述定位裝置(70)在許多位置上可與所述密封箱(43)可拆卸地接合。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17的任一原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器，其特征在于所述定位裝置(70)和所述密封箱(43)可利用共同起作用的螺紋相互接合，其中所述存儲(chǔ)裝置(41)的所述定位由所述定位裝置(70)和所述密封箱(43)的擰緊和擰松來(lái)實(shí)現(xiàn)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16-18中的任一原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器，其特征在于所述定位裝置(70)包括具有內(nèi)表面和外表面的帽蓋，所述帽蓋可固定到所述密封箱(43)，所述存儲(chǔ)裝置(41)可與所述內(nèi)表面接合。
全文摘要
一種原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器包括在密封箱43內(nèi)的諧振腔42，在腔42內(nèi)用于儲(chǔ)存原子或分子元素的裝置41，使裝置41置于均勻振蕩磁場(chǎng)影響下的場(chǎng)發(fā)生裝置53，用于將所述元素置于預(yù)選能態(tài)的裝置40，用于在預(yù)定頻率下激發(fā)躍遷的裝置54，及用于向密封箱提供熱能的裝置58，特點(diǎn)是至少一個(gè)電極(45a-45d)置于裝置41的附近以便由此增強(qiáng)裝置41部位的所述受激躍遷振蕩磁場(chǎng)，所述電極通過(guò)導(dǎo)熱部件(47a-47d)接到密封箱以便由此向裝置41提供熱能。
文檔編號(hào)H03L7/26GK1079346SQ93103209
公開(kāi)日1993年12月8日 申請(qǐng)日期1993年3月15日 優(yōu)先權(quán)日1992年3月16日
發(fā)明者H·施韋達(dá), G·布斯卡, P·羅沙特 申請(qǐng)人:納沙泰爾州觀象臺(tái)