专利名称：地面空间用原子频标装置的制作方法
技术领域：
地面空间用原子频标装置技术领域[0001]本实用新型属于原子钟设计技术领域，特别涉及一种地面空间用原子频标装置。
背景技术：
[0002]微重力环境为研制高精端的系统设备提供了条件，在微重力条件下，可使用极慢速度的原子(比原子传统技术中速度减慢10-100倍)。因而，可使谱线降至0.05-0.1Hz0慢原子还有利于进步减小很多引起频率移动的因素，如:剩余多普勒频移，谱线牵引频移，剩余二次塞曼效应，相对论效应和碰撞频移等。在微重力条件下原子处于自由悬浮状态，无须用非均匀磁场囚禁原子，有利于消除非均匀谱线展宽。同时，在远离地面的空间，将无震动引入的噪声干扰，电磁场干扰也比地面为小。所以，微重力环境是一个理想的进行精密物理测量的实验场地。由于组成原子钟的共振吸收泡是一个气压敏感性器件，在微重力环境下，低气压将对原子钟主要性能指标，如频率稳定度，产生重要影响。实用新型内容[0003]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够适用于地面及真空环境的地面空间用原子频标装置。[0004]为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种地面空间用原子频标装置，包括:光源、用于完成量子跃迁过程的原子共振吸收模块、恒温模块、用于对所述原子共振吸收模块输出的信号进行检测的光检测单元、用于为所述原子共振吸收模块中量子跃迁过程提供磁场的磁场控制模块、用于为所述原子共振吸收模块量子跃迁过程提供能量的微波射频源及中央处理器；所述原子共振吸收模块依次与所述光源、所述恒温模块、所述微波射频源、所述磁场控制模块连接；所述光检测单元与所述原子共振吸收模块连接；所述中央处理器依次与所述光检测单元、所述磁场控制模块、所述恒温模块连接；所述恒温模块为所述原子共振吸收模块提供恒定的温度；所述中央处理器能够实现对所述恒温模块提供的恒定温度进行改变。[0005]进一步地，所述原子共振吸模块包括:共振吸收单元、谐振腔；所述共振吸收单元置于所述谐振腔内部；所述谐振腔依次与所述光源、所述恒温模块、所述微波射频源、所述磁场控制模块连接；所述光检测单元通过所述谐振腔对所述光源发出的光束经所述共振吸收单元处理后的信号进行检测。[0006]进一步地，所述共振吸收单元是由玻璃材质构成呈泡状腔体结构的共振吸收泡。[0007]进一步地，所述磁场控制模块包括:漆包线、恒流源；所述漆包线缠绕在所述谐振腔外壁，并与所述恒流源连接；所述恒流源与所述中央处理器连接。[0008]进一步地，所述微波射频源输出频率在原子基态超精细结构0-0跃迁中心频率附近，用于完成整个原子谱线的扫描。[0009]进一步地，所述光源中用于辐射光束的元素是A。[0010]进一步地，所述共振吸收泡内充有元素A及其同位素B。[0011 ] 进一步地，所述A元素是87Rb，所述B元素是85Rb。[0012]进一步地，所述共振吸收泡内充有气体M、气体N、气体P ;所述共振吸收泡内总气体压力系数接近于0，总气体温度系数为O。[0013]进一步地，所述气体M是氪气，所述气体N是氢气，所述气体P是氮气。[0014]本实用新型提供的一种地面空间用原子频标装置，包括:光源、原子共振吸收模块、恒温模块、光检测单元、磁场控制模块、微波射频源及中央处理器。其中，原子共振吸收模块依次与光源、恒温模块、微波射频源、磁场控制模块连接。光检测单元与原子共振吸收模块连接。中央处理器依次与光检测单元、磁场控制模块、恒温模块连接。本实用新型通过在共振吸收泡内充制气体M、气体N、气体P。并控制三者充制比例，能够实现共振吸收泡内总气体压力系数接近于0，总气体温度系数接近于0或为0，进而克服压力频移或温度系数频移。同时，本实用新型具有结构简单、准确度高的特点。
[0015]图1为本实用新型实施例提供的一种地面空间用原子频标装置原理结构示意图。[0016]其中，201-光源，202-原子共振吸收模块，203-恒温模块，204-光检测单元，205-磁场控制模块，206-微波射频源，207-中央处理器。
具体实施方式
[0017]
以下结合附图，对本实用新型提供的具体实施方式
作进一步详细说明。[0018]参见图1，本实用新型实施例提供的一种地面空间用原子频标装置，包括:光源201、用于完成量子跃迁过程的原子共振吸收模块202、恒温模块203、用于对原子共振吸收模块202输出的信号进行检测的光检测单元204、用于为原子共振吸收模块202中量子跃迁过程提供磁场的磁场控制模块205、用于为原子共振吸收模块202量子跃迁过程提供能量的微波射频源206及中央处理器207。其中，原子共振吸收模块202依次与光源201、恒温模块203、微波射频源204、磁场控制模块205连接。光检测单元204与原子共振吸收模块202连接。中央处理器202依次与光检测单元204、磁场控制模块205、恒温模块203连接。[0019]本实施例中，恒温模块203包括:热敏电阻。中央处理器207通过热敏电阻控制原子共振吸收模块202中工作环境温度，进而为原子共振吸收模块202提供恒定工作温度。[0020]本实施例中，原子共振吸模块202包括:共振吸收单元、谐振腔。其中，共振吸收单元置于谐振腔内部。同时，谐振腔内部设置有耦合环，并依次与光源201、恒温模块203、微波射频源206、磁场控制模块205连接。光检测单元204通过谐振腔对光源201发出的光束经共振吸收单元处理后的信号进行检测。[0021]优选地，共振吸收单元是由玻璃材质构成呈泡状腔体结构的共振吸收泡。[0022]本实施例中，磁场控制模块205包括:漆包线、恒流源。其中，漆包线缠绕在谐振腔外壁，并与恒流源连接。恒流源与中央处理器202连接。中央处理器202通过控制恒流源输出电流大小，进而通过漆包线控制谐振腔内磁场强弱。[0023]本实施例中，微波射频源205输出频率在原子基态超精细结构0-0跃迁中心频率附近，用于完成整个原子谱线的扫描。[0024]本实施例中，光源201中用于辐射光束的元素是A。共振吸收泡内充有元素A及其同位素B。优选地，元素A是87Rb,元素B是85Rb。[0025]本实施例中，共振吸收泡内通过真空泵还充有气体M、气体N、气体P。其中，通过控制气体M、气体N、气体P的充制比例，能够实现共振吸收泡内总气体压力系数接近于0，总气体温度系数接近于0或为O。[0026]优选地，气体M是氪气,气体N是氢气,气体P是氮气。[0027]下面，通过例举几种常用缓冲气体压力系数与温度系数，及对本实用新型的操作原理作详细说明以支持本实用新型提供的地面空间用原子频标装置所要解决的技术问题。[0028]几种常用缓冲气体压力系数与温度系数[0029]
权利要求1.一种地面空间用原子频标装置，其特征在于，包括:光源(201)、用于完成量子跃迁过程的原子共振吸收模块(202)、恒温模块(203)、用于对所述原子共振吸收模块(202)输出的信号进行检测的光检测单元(204)、用于为所述原子共振吸收模块(202)中量子跃迁过程提供磁场的磁场控制模块(205)、用于为所述原子共振吸收模块(202)量子跃迁过程提供能量的微波射频源(206 )及中央处理器(207 ); 所述原子共振吸收模块(202)依次与所述光源(201)、所述恒温模块(203)、所述微波射频源(206)、所述磁场控制模块(205)连接； 所述光检测单元(204)与所述原子共振吸收模块(202)连接； 所述中央处理器(207)依次与所述光检测单元(204)、所述磁场控制模块(205)、所述恒温模块(203)连接； 所述恒温模块(203)为所述原子共振吸收模块(202)提供恒定的温度； 所述中央处理器(207)能够实现对所述恒温模块(203)提供的恒定温度进行改变。
2.根据权利要求1所述地面空间用原子频标装置，其特征在于，所述原子共振吸模块包括:共振吸收单元、谐振腔； 所述共振吸收单元置于所述谐振腔内部； 所述谐振腔依次与所述光源(201)、所述恒温模块(203)、所述微波射频源(206)、所述磁场控制模块(205)连接； 所述光检测单元(204)通过所述谐振腔对所述光源(201)发出的光束经所述共振吸收单元处理后的信号进行检测。
3.根据权利要求2所述地面空间用原子频标装置，其特征在于: 所述共振吸收单元是由玻璃材质构成呈泡状腔体结构的共振吸收泡。
4.根据权利要求3所述地面空间用原子频标装置，其特征在于，所述磁场控制模块(205)包括:漆包线、恒流源 ； 所述漆包线缠绕在所述谐振腔外壁，并与所述恒流源连接； 所述恒流源与所述中央处理器(207)连接。
5.根据权利要求4所述地面空间用原子频标装置，其特征在于: 所述微波射频源(206)输出频率在原子基态超精细结构0-0跃迁中心频率附近，用于完成整个原子谱线的扫描。
6.根据权利要求5所述地面空间用原子频标装置，其特征在于: 所述光源(201)中用于辐射光束的元素是A。
7.根据权利要求6所述地面空间用原子频标装置，其特征在于: 所述共振吸收泡内充有元素A及其同位素B。
8.根据权利要求7所述地面空间用原子频标装置，其特征在于: 所述A元素是87Rb,所述B元素是85Rb。
9.根据权利要求3-8任一项所述地面空间用原子频标装置，其特征在于: 所述共振吸收泡内充有气体M、气体N、气体P ； 所述共振吸收泡内总气体压力系数接近于0，总气体温度系数为O。
10.根据权利要求9所述地面空间用原子频标装置，其特征在于: 所述气体M是氪气,所述气体N是氢气,所述气体P是氮气。
专利摘要本实用新型公开了的一种地面空间用原子频标装置，包括光源201、原子共振吸收模块202、恒温模块203、光检测单元204、磁场控制模块205、微波射频源206及中央处理器207。其中，原子共振吸收模块202依次与光源201、恒温模块203、微波射频源204、磁场控制模块205连接。光检测单元204与原子共振吸收模块202连接。中央处理器202依次与光检测单元204、磁场控制模块205、恒温模块203连接。本实用新型通过在共振吸收泡内充制气体M、气体N、气体P。并控制三者充制比例，能够实现共振吸收泡内总气体压力系数接近于0，总气体温度系数接近于0或为0，进而克服压力频移或温度系数频移。同时，本实用新型具有结构简单、准确度高的特点。
文档编号H03L7/26GK203086443SQ201220700610
公开日2013年7月24日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日
发明者雷海东 申请人:江汉大学