一種銣頻標(biāo)的雙泡微波腔制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種高性能銣頻標(biāo)雙泡微波腔，濾光泡和吸收泡分別處于微波腔的兩側(cè)，并固定在介質(zhì)筒內(nèi)；C場(chǎng)線圈在C場(chǎng)繞棒上繞二層，C場(chǎng)線圈和C場(chǎng)繞棒固定在介質(zhì)筒內(nèi)，耦合環(huán)固定在腔蓋板上，耦合環(huán)一端與階躍二極管電氣連接，耦合環(huán)另一端與外部射頻信號(hào)連接；全反射棱鏡固定在耦合環(huán)和腔蓋板之間，第一光電池a固定在吸收泡正下方，用于檢測(cè)通過吸收泡后光強(qiáng)的強(qiáng)弱，第二光電池b固定在全反射棱鏡涂覆了半反射半透射薄膜一側(cè)；抽運(yùn)光從磁屏筒底部小孔進(jìn)入，經(jīng)濾光泡濾光后，再經(jīng)全反射棱鏡反射，光路發(fā)生180度改變，垂直射入吸收泡。本發(fā)明專利技術(shù)能提升抽運(yùn)光的單色性，穩(wěn)定光譜燈光強(qiáng)，減少光頻移，提高銣頻標(biāo)穩(wěn)定度指標(biāo)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及原子頻標(biāo)
，更具體涉及一種高性能銣頻標(biāo)雙泡微波腔，尤其適用于通信、時(shí)頻計(jì)量、導(dǎo)航同步。
技術(shù)介紹
原子頻標(biāo)作為一種提供高穩(wěn)定度時(shí)間頻率信號(hào)的設(shè)備，是時(shí)間頻率的核心部件。在眾多頻標(biāo)中，銣原子頻標(biāo)以其低功耗、小體積、低價(jià)格等特點(diǎn)在通信、導(dǎo)航、計(jì)量、電力同步等國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。隨著銣原子頻標(biāo)應(yīng)用的日益廣泛，有關(guān)它的研究與改進(jìn)也不斷深化，工作主要圍繞提高其性能和小型化兩個(gè)方面。在眾多應(yīng)用中，戰(zhàn)斗直升機(jī)、殲擊機(jī)、預(yù)警戰(zhàn)斗群等航空平臺(tái)，對(duì)地精密觀測(cè)等微小型系統(tǒng)和智能無(wú)人系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)銣原子頻標(biāo)的性能、體積、功耗及環(huán)境適應(yīng)性提出了更高的要求。對(duì)高性能小體積的銣原子頻標(biāo)需求日益緊迫。被動(dòng)型銣原子頻標(biāo)由物理系統(tǒng)及電子線路兩大部分組成，其中物理系統(tǒng)包括光譜燈和微波腔；電子線路包括隔離放大、倍頻、混頻、伺服等功能模塊。物理系統(tǒng)提供量子參考頻率，電子線路與物理系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)頻率鎖定環(huán)路，將壓控晶體振蕩器VCXO的輸出頻率鎖定在銣原子基態(tài)能級(jí)中的︱F＝2,mF＝0>和︱F＝1,mF＝0>之間穩(wěn)定的躍遷頻率上。物理系統(tǒng)是被動(dòng)型銣原子頻標(biāo)的核心部件，起到鑒頻器的作用，它提供一個(gè)頻率穩(wěn)定、線寬較窄的原子共振吸收線。微波腔的主要作用是為原子的微波共振提供合適的微波場(chǎng)，同時(shí)受恒溫控制，為濾光泡、吸收泡提供溫度恒定的工作環(huán)境。C場(chǎng)線圈的作用是產(chǎn)生一個(gè)和微波磁場(chǎng)方向相平行的弱靜磁場(chǎng)，使原子基態(tài)<br>超精細(xì)結(jié)構(gòu)發(fā)生塞曼分裂，并為原子躍遷提供量子化軸，同時(shí)通過調(diào)節(jié)C場(chǎng)電流的大小，改變磁場(chǎng)的強(qiáng)度，微調(diào)銣原子頻標(biāo)的輸出頻率。為了實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)與87Rb的0—0躍遷頻率共振以獲得共振譜線，最簡(jiǎn)單的做法是將銣吸收泡放入一個(gè)加有弱靜磁場(chǎng)的微波諧振腔內(nèi)，將腔的共振頻率調(diào)整在87Rb基態(tài)兩超精細(xì)能級(jí)0—0躍遷頻率上，然后通過微波檢測(cè)裝置檢測(cè)到87Rb的吸收譜線。該譜線即可作為銣原子頻標(biāo)中的鑒頻譜線。但由于氣態(tài)87Rb粒子數(shù)密度小，|F＝2，mF＝0>和|F＝1，mF＝0>兩能級(jí)距離較小，在常溫時(shí)兩能級(jí)粒子數(shù)差是非常小的，故最終通過這種裝置所得到的吸收譜線非常微弱，且氣泡中87Rb原子的運(yùn)動(dòng)和碰撞引起的譜線的增寬也較大，這極大地影響了頻標(biāo)的短期穩(wěn)定度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了更好的解決上述存在的不足，本專利技術(shù)的目的是在于提供了一種高性能銣頻標(biāo)雙泡微波腔，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，提升了抽運(yùn)光的單色性，增加了光-微波雙共振強(qiáng)度，穩(wěn)定光譜燈光強(qiáng)，減少光頻移，提高了銣頻標(biāo)穩(wěn)定度指標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)措施:一種高性能銣頻標(biāo)雙泡微波腔，它包括濾光泡、吸收泡、全反射棱鏡，C場(chǎng)繞棒，C場(chǎng)線圈，耦合環(huán)，第一光電池a，第二光電池b，介質(zhì)筒，磁屏筒，腔蓋板，階躍二極管。其特征在于：濾光泡和吸收泡分別處于微波腔的兩側(cè)，并固定在介質(zhì)筒內(nèi)；C場(chǎng)線圈和C場(chǎng)繞棒固定在介質(zhì)筒內(nèi)，耦合環(huán)固定在腔蓋板上，耦合環(huán)一端與階躍二極管電氣連接，耦合環(huán)另一端與外部射頻信號(hào)連接；全反射棱鏡固定在耦合環(huán)和腔蓋板之間，磁屏筒底部一側(cè)開一個(gè)比濾光泡直徑稍小的孔，讓抽運(yùn)光進(jìn)入微波腔，抽運(yùn)光從磁屏筒底部小孔進(jìn)入，經(jīng)濾光泡濾光后，再經(jīng)全反射棱鏡反射，光路發(fā)生180度改變，垂直射入吸收泡。第一光電池a固定在吸收泡正下方，用于檢測(cè)通過吸收泡后光強(qiáng)的強(qiáng)弱，從而檢測(cè)磁共振強(qiáng)度。所述的C場(chǎng)線圈先固定在C場(chǎng)繞棒上，然后整體固定在介質(zhì)筒預(yù)留的孔內(nèi)，給微波腔提供了與腔軸線平行的靜磁場(chǎng)。此靜磁場(chǎng)靠近吸收泡，無(wú)需按傳統(tǒng)方式將C場(chǎng)線圈繞在介質(zhì)筒或加熱筒上，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，減小了體積。所述的C場(chǎng)繞棒采用聚砜材料制成，此種材料硬度高，溫度適應(yīng)性好。所述的全反射棱鏡固定在耦合環(huán)和腔蓋板之間，入射光經(jīng)濾光泡濾光后，形成單色性較好的抽運(yùn)光，經(jīng)全反射棱鏡反射后，光路變化180度，垂直進(jìn)入吸收泡，形成光-微波雙共振。所述的介質(zhì)筒由聚四氟乙烯材料制成，其介質(zhì)損耗正切值比常用的三氧化二鋁陶瓷大，但是本專利技術(shù)提升了抽運(yùn)光單色性，增加了磁共振強(qiáng)度，提高了信噪比。因此，相比于三氧化二鋁陶瓷，聚四氟乙烯增加的介質(zhì)損耗對(duì)性能指標(biāo)造成的影響可忽略。此外，聚四氟乙烯材料價(jià)格比三氧化二鋁陶瓷便宜很多，工作范圍寬，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，易于加工。所述的全反射棱鏡位于濾光泡上方一側(cè)涂覆半反射半透射薄膜。本專利技術(shù)中采用二塊光電池：第一光電池a固定在吸收泡正下方，用于檢測(cè)通過吸收泡后的光強(qiáng)，從而檢測(cè)磁共振強(qiáng)度；第二光電池b固定在全反射棱鏡涂覆了半反射半透射薄膜一側(cè)的上部，透射的光強(qiáng)被第二光電池b接收，用于監(jiān)測(cè)光譜燈的工作狀態(tài)，通過反饋環(huán)路穩(wěn)定抽運(yùn)光強(qiáng)度，減少光強(qiáng)頻移。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)和效果：1.濾光泡和吸收泡分別置于微波腔兩側(cè)，二者經(jīng)全反射棱鏡鏈接光路。一方面，濾光區(qū)域增長(zhǎng)，增強(qiáng)了濾光效果，提升了抽運(yùn)光的單色性，增加了抽運(yùn)光的效率，降低了光噪聲；另一方面，共振區(qū)域增長(zhǎng)，增加了光-微波雙共振強(qiáng)度，提升了信噪比，從而整體上較大提升了銣頻標(biāo)的穩(wěn)定性。2.與常規(guī)的一塊光電池相比，本專利技術(shù)采用了二塊光電池，一塊用來檢測(cè)光-微波雙共振的強(qiáng)度，另一塊用來檢測(cè)抽運(yùn)光強(qiáng)度，這樣便于監(jiān)測(cè)光譜燈的工作狀態(tài)，穩(wěn)定抽運(yùn)光強(qiáng)，進(jìn)而減小光頻移對(duì)銣頻標(biāo)穩(wěn)定度的影響。3.與傳統(tǒng)的將C場(chǎng)線圈繞在介質(zhì)筒或加熱筒上相比，本專利技術(shù)中C場(chǎng)線圈先固定在C場(chǎng)繞棒上，然后整體固定在介質(zhì)筒預(yù)留的孔內(nèi)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，減小了體積。附圖說明圖1為一種高性能銣頻標(biāo)雙泡微波腔的結(jié)構(gòu)示意圖圖2為一種高性能銣頻標(biāo)雙泡微波腔的剖視圖圖3為一種高性能銣頻標(biāo)雙泡微波腔的介質(zhì)筒示意圖其中：濾光泡1(抗堿玻璃，如康寧公司的玻璃管)、吸收泡2(抗堿玻璃，如康寧公司的玻璃管)、全反射棱鏡3(如瑞森光學(xué)的棱鏡)，C場(chǎng)繞棒4(如聚砜)，C場(chǎng)線圈5(如Elektrisola的155系列或180系列)，耦合環(huán)6(純銀絲)，第一光電池a7(如上海歐光硅光電池)，介質(zhì)筒8(聚四氟乙烯)，磁屏筒9(鐵鎳合金)，腔蓋板10(如Rogers?4350板材)，階躍二極管11(如成都亞光電子的2CJ3)，第二光電池b12(如上海歐光硅光電池)。具體實(shí)施方式實(shí)施例1：如圖1、圖2、圖3所示，一種高性能銣頻標(biāo)雙泡微波腔，它包括濾光泡1、吸收泡2、全反射棱鏡3，C場(chǎng)繞棒4，C場(chǎng)線圈5，耦合環(huán)6，第一光電池a7，介質(zhì)筒8，磁屏筒9，腔蓋板10，階躍二極管11，第二光電池b12。其特征在于：濾光泡1和吸收泡2分別置于微波腔本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種高性能銣頻標(biāo)雙泡微波腔，它包括濾光泡（1）、吸收泡（2）、全反射棱鏡（3）、C場(chǎng)繞棒（4）、C場(chǎng)線圈（5）、耦合環(huán)（6）、第一光電池a（7）、介質(zhì)筒（8）、磁屏筒（9）、腔蓋板（10）、階躍二極管（11）、第二光電池b（12），其特征在于：濾光泡（1）和吸收泡（2）分別置于微波腔的兩側(cè)，濾光泡（1）和吸收泡（2）固定在介質(zhì)筒（8）內(nèi)；C場(chǎng)線圈（5）在C場(chǎng)繞棒（4）上繞二層，C場(chǎng)線圈（5）和C場(chǎng)繞棒（4）固定在介質(zhì)筒（8）內(nèi)，耦合環(huán)（6）固定在腔蓋板（10）上，耦合環(huán)（6）一端與階躍二極管（11）電氣連接，耦合環(huán)（6）另一端與外部射頻信號(hào)連接；全反射棱鏡（3）固定在耦合環(huán)（6）和腔蓋板（10）之間，全反射棱鏡(3）位于濾光泡（1）上方一側(cè)涂覆半反射半透射薄膜，第二光電池b（12）固定在全反射棱鏡（3）涂覆了半反射半透射薄膜一側(cè)；磁屏筒（9）底部一側(cè)開一個(gè)比濾光泡（1）直徑小的孔，第一光電池a（7）固定在吸收泡2下方。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種高性能銣頻標(biāo)雙泡微波腔，它包括濾光泡（1）、吸收泡（2）、全反射棱鏡（3）、C場(chǎng)繞棒（4）、C場(chǎng)線圈（5）、耦合環(huán)（6）、第一光電池a（7）、介質(zhì)筒（8）、磁屏筒（9）、腔蓋板（10）、階躍二極管（11）、第二光電池b（12），其特征在于：濾光泡（1）和吸收泡（2）分別置于微波腔的兩側(cè)，濾光泡（1）和吸收泡（2）固定在介質(zhì)筒（8）內(nèi)；C場(chǎng)線圈（5）在C場(chǎng)繞棒（4）上繞二層，C場(chǎng)線圈（5）和C場(chǎng)繞棒（4）固定在介質(zhì)筒（8）內(nèi)，耦合環(huán)（6）固定在腔蓋板（10）上，耦合環(huán)（6）一端與階躍二極管（11）電氣連接，耦合環(huán)（6）另一端與外部射頻信號(hào)連接；全反射棱鏡（3）固定在耦合環(huán)（6）和腔蓋板（10）之間，全反射棱鏡...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：秦蕾，余鈁，陳智勇，金鑫，高偉，李超，黃劍龍，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：湖北;42