一种TE_01P模同轴Ramsey腔的制作方法

专利名称：一种TE_01P模同轴Ramsey腔的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微波器件，属于微波技术和微波原子频标时标领域，特别涉及新一代空间频率基准的冷原子钟用Ramsey腔，尤其是指一种TEciip模同轴Ramsey腔，在国际专利分类表中本发明应该分为HOlP小类。
背景技术：
众所周知，1989年诺贝尔物理学奖颁给N. F. Ramsey (拉母奇)，是因为1950年他公开发表的“分子(原子)束同分离振荡场共振的方法”(RamSey，N.F:《A Molecular Beam Resonance Method With separete OscillatingFields》,phys. Rev. ,1950,78,p. 695.),促进了原子钟的发展，而Ramsey腔是其中的一个关键部件。然而，目前可视为经典的两个Π 型矩形波导Ramsey腔按镜像对称组合成一体的一种环型Ramsey腔，因为腔体的对称性要求高，加工困难，而且同原子云作用的微波场并不是理想要求的圆对称分布，显而易见这种 Ramsey腔尚不够理想。

发明内容
本发明的目的在于，针对已有技术的不足，为新一代空间频率基准的定向云冷原子钟，提供一种结构紧凑、加工方便、腔频易调、同原子云作用的微波场为圆对称分布的一种新型Ramsey腔。本发明的目的是通过下述技术方案实现的所述的TEciip模同轴Ramsey腔包括具有两个分离振荡场作用区的TEciip模同轴腔、 同轴线输入耦合环激励机构；主要特点在于所述的TEqip模同轴Ramsey腔包括同轴腔主体13、带截止波导区的下短路端盖1、外导管2、内导管3、带截止波导区的上短路端盖4、支固介质套、输入同轴线固定座6、带耦合环的输入同轴线7、同轴腔内的下间隙区8、同轴腔内的上间隙区8'、下截止波导区9、上截止波导区9'、原子通道10、腔频微调螺钉11、腔内下截止波导管段12和腔内上截止波导管段12'；所述的内导管3通过支固介质套同轴固定于所述的外导管2内，带有下截止波导区9的下短路端盖1和带有上截止波导区9'的上短路端盖4分别固定于所述的外导管2 的下、上方，同轴对称地装配成所述的同轴腔主体13 ；所述的腔频微调螺钉11和输入同轴线固定座6轴对称地固定在同轴腔主体13中心部位的外导管2的壁上；下截止波导区9、上截止波导区9'和内导管3构成所述的原子通道10 ；所述的同轴腔内的下间隙区8位于所述的腔内下截止波导管段12和内导管3的下端之间；所述的同轴腔内的上间隙区8'位于所述的腔内上截止波导管段12'和内导管3 的上端之间。
由于本发明采用了上述的技术方案，定向冷原子云经过选态后沿着腔轴线上的原子通道渡越，先后感受到两个分离作用区上的同相振荡场激励，引发Ramsey共振效应，实现Ramsey跃迁，之后再经检测、转换与放大即得到反映原子跃迁几率的Ramsey干涉条纹， 以作为原子钟的鉴频曲线；由此可见本发明具有结构紧凑、加工方便、腔频易调的优点，同原子云作用的微波场分布类似于TCtlll模圆柱腔中的圆对称场分布，腔相移小，因此它适合作为新一代高性能空间冷原子钟用Ramsey腔的一种优选技术方案。


下面结合附图对本发明进行扼要说明，其中附图1为本发明第一个实施例的全剖视图。附图2为本发明第二个实施例的全剖视图。附图3为本发明第三个实施例的全剖视图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，其中附图1为本发明第一个实施例的全剖视图，从附图中可以看到在该实施例中，所述的TEciip模同轴Ramsey腔包括1带截止波导区的下短路端盖、2外导管、3内导管、4带截止波导区的上短路端盖、5圆管式支固介质套、6输入同轴线固定座、7带耦合环的输入同轴线、8同轴腔内的下间隙区、8'同轴腔内的上间隙区、9下截止波导区、9'上截止波导区、 10原子通道、11腔频微调螺钉、12腔内下截止波导管段、12'腔内上截止波导管段和13同轴腔主体。从附图1可以看到，所述的内导管3通过圆管式支固介质套5同轴固定于所述的外导管2内，带有下截止波导区9的下短路端盖1和带有上截止波导区9'的上短路端盖4分别固定于所述的外导管2的下、上方，同轴对称地装配成所述的同轴腔主体13，这里是采用螺钉固定的；所述的腔频微调螺钉11和带耦合环的输入同轴线7的固定座6分别用螺母和螺钉轴对称地固定在同轴腔主体13中心部位的外导管2的壁上；在附图1中，下截止波导区9、上截止波导区9'和内导管3构成所述的原子通道10 ；所述的同轴腔内的下间隙区8位于所述的腔内下截止波导管段12和内导管3的下端之间；所述的同轴腔内的上间隙区8'位于所述的腔内上截止波导管段12'和内导管3的上端之间。这里需要指出 所述的下短路端盖1和所述的上短路端盖4之间的在同轴腔主体13内的距离为1/2P λ g， 所述的P为足够大的奇数，通常所述的奇数> 3，最佳选择的奇数为9或者11。所述的同轴腔内的下间隙区8和同轴腔内的上间隙区8'分别距离所述的下短路端盖1和上短路端盖 4的下、上短路端面为l/8Xg至3/8Xg之间。另外，应该指出所述的下间隙区8和所述的上间隙区8'的宽度分别为1/4 Ag;所述的腔内下截止波导管段12和腔内上截止波导管段 12'的长度为l/8Xg。采用圆管式支固介质套5有助于缩小同轴腔的尺寸，使得结构更为紧凑。附图2为本发明第二个实施例的全剖视图。从附图中也可以看到在该实施例中， 所述的TEciip模同轴Ramsey腔包括1带截正波导区的下短路端盖、2外导管、3内导管、4带截止波导区的上短路端盖、5'圆环式支固介质套、6输入同轴线固定座、7带耦合环的输入同轴线、8同轴腔内的下间隙区、8'同轴腔内的上间隙区、9下截止波导区、9'上截止波导区、10原子通道、11腔频微调螺钉、12腔内下截止波导管段、12'腔内上截止波导管段和13 同轴腔主体。除了圆环式支固介质套5'与第一个实施例有所区别之外，其它内容与第一实施例类似，此处不再赘述，圆环式支固介质套5'的数量一般而言>2，通常选择2个。附图3为本发明第三个实施例的全剖视图。从附图中再次可以看到在该实施例中，所述的TEciip模同轴Ramsey腔包括1带截止波导区的下短路端盖、2外导管、3内导管、 4带截止波导区的上短路端盖、5"套管式支固介质套、6输入同轴线固定座、7带耦合环的输入同轴线、8同轴腔内的下间隙区、8'同轴腔内的上间隙区、9下截止波导区、9'上截止波导区、10原子通道、11腔频微调螺钉、12腔内下截止波导管段、12'腔内上截止波导管段和13同轴腔主体。除了套管式支固介质套5"与第一个实施例和第二个实施例有所区别之外，其它内容与前两个实施例类似，所以此处也不再赘述，套管式支固介质质套5"的数量为2个。采用套管式支固介质套5"，因为其介质少、损耗小、影响小，所以同轴腔的Q高。综上所述，通过三个实施例可以了解到外导管2、内导管3、带下截止波导区9的下短路端盖1、带上截止波导区9'的上短路端盖4和圆管式支固介质套5 (或者圆环式支固介质套5'、套管式支固介质套5")，分别照图1、图2和图3同轴对称装配成长度为 1/2Ρλ g的同轴腔体，用螺钉将所述的端盖1、4和外导管2固定；在腔内，下截止波导管段 12、上截止波导管段12'分别同内导管3的下、上端头之间，构成下、上对称分布的宽度为 1/4 Ag的周轴腔内的下间隙区8和同轴腔内的上间隙区8'；腔频微调螺钉11和带耦合环的输入同轴线7的输入同轴线固定座6分别用螺母和螺钉按轴对称紧固在同轴腔主体 13的对称中心部位外导管2的壁上；通过耦合环由激励原子跃迁的微波信号输入，在同轴腔主体13的内部空间建立起TEciip模振荡场，而且在同轴腔内的下间隙区8、同轴腔内的上间隙区8'上分布的振荡场是同相的；定向冷原子云经过选态后，沿着轴线上的下截止波导区9、上截止波导区9'和内导管3所构成的原子通道10渡越，先后感受到向轴腔内的下间隙区8、同轴腔内的上间隙区8'上分布的同相振荡场激励，引发Ramsey共振效应，实现 Ramsey跃迁，之后再经检测、转换与放大即得到反映原子跃迁几率的Ramsey干涉条纹，以作为原子钟的鉴频曲线。本发明具有结构紧凑、加工方便、腔频易调，腔相移小的优点，因此它适合作为新一代高性能空间冷原子钟用Ramsey腔的一种优选技术方案。
权利要求
1.一种TEtlip模同轴Ramsey腔，所述的TEtlip模同轴Ramsey腔包括具有两个分离振荡场作用区的TEciip模同轴腔、同轴线输入耦合环激励机构；其特征在于所述的TEciip模同轴Ramsey腔包括同轴腔主体(13)、带截止波导区的下短路端盖(1)、外导管O)、内导管(3)、带截止波导区的上短路端盖G)、支固介质套、输入同轴线固定座(6)、带耦合环的输入同轴线(7)、同轴腔内的下间隙区(8)、同轴腔内的上间隙区(8')、下截止波导区(9)、上截止波导区(9')、原子通道(10)、腔频微调螺钉(11)、腔内下截止波导管段(1 和腔内上截止波导管段(12')；所述的内导管C3)通过支固介质套同轴固定于所述的外导管O)内，带有下截止波导区(9)的下短路端盖(1)和带有上截止波导区(9')的上短路端盖(4)分别固定于所述的外导管O)的下、上方，同轴对称地装配成所述的同轴腔主体(13)；所述的腔频微调螺钉(11)和输入同轴线固定座(6)轴对称地固定在同轴腔主体(13) 中心部位的外导管O)的壁上；下截止波导区(9)、上截止波导区(9')和内导管(3)构成所述的原子通道(10)； 所述的同轴腔内的下间隙区⑶位于所述的腔内下截止波导管段(12)和内导管(3) 的下端之间；所述的同轴腔内的上间隙区(8')位于所述的腔内上截止波导管段(12')和内导管 (3)的上端之间。
2.根据权利要求1所述的TEciip模同轴Ramsey腔，其特征在于所述的下短路端盖⑴和所述的上短路端盖⑷在腔内的之间的距离为1/2Ρλ g，所述的P为奇数；所述的同轴腔内的下间隙区(8)和同轴腔内的上间隙区(8')分别距离所述的下短路端盖⑴和上短路端盖⑷的下、上短路端面为1/8 λ g至3/8 λ g之间。
3.根据权利要求2所述的TEciip模同轴Ramsey腔，其特征在于 所述的奇数> 3。
4.根据权利要求2或3所述的TEciip模同轴Ramsey腔，其特征在于 所述奇数为9或者11。
5.根据权利要求1所述的TEciip模同轴Ramsey腔，其特征在于所述的同轴腔内的下间隙区(8)和所述的同轴腔内的上间隙区(8')的宽度分别为所述的腔内下截止波导管段(1 和腔内上截止波导管段(12')的长度为1/8 Ag。
6.根据权利要求1所述的TEciip模同轴Ramsey腔，其特征在于 所述的支固介质套为圆管式支固介质套(5)。
7.根据权利要求1所述的TEciip模同轴Ramsey腔，其特征在于 所述的支固介质套为圆环式支固介质套(5')。
8.根据权利要求1所述的TEciip模同轴Ramsey腔，其特征在于 所述的支固介质套为套管式支固介质套(5")。
9.根据权利要求7所述的TEciip模同轴Ramsey腔，其特征在于 所述的圆环式支固介质套(5')的数量>2。
10.根据权利要求8所述的TEciip模同轴Ramsey腔，其特征在于所述的套管式支固介质套(5")的数量为2个。
全文摘要
一种TE01P模同轴Ramsey腔，其特点在于所述Ramsey腔包括同轴腔主体，带截止波导区的下、上短路端盖，外、内导管，支固介质套，同轴腔内的下、上间隙区，下、上截止波导区，原子通道，下、上截止波导管段；所述的内导管同轴固定于外导管内，下短路端盖和上短路端盖分别固定于外导管的下、上方，同轴对称地装配成所述的同轴腔主体；下、上截止波导区和内导管构成原子通道；所述下间隙区位于下截止波导管段和内导管的下端之间；所述上间隙区位于上截止波导管段和内导管的上端之间。本发明具有结构紧凑、加工方便、腔频易调，腔相移小的优点，因此它适合作为新一代高性能空间冷原子钟用Ramsey腔的一种优选技术方案。
文档编号H01P7/04GK102290629SQ20111013935
公开日2011年12月21日 申请日期2011年5月27日 优先权日2011年5月27日
发明者刘保湘, 张富鑫, 龙志翘 申请人:北京纳诺帕技术中心