一種相干布居囚禁原子鐘的物理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及原子鐘領(lǐng)域，尤其涉及一種相干布居囚禁(Coherent Populat1nTrapping，CPT)原子鐘的物理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]原子鐘是一種精密時(shí)間計(jì)量?jī)x器，廣泛應(yīng)用于定位、導(dǎo)航、通信、軍事等多個(gè)領(lǐng)域。其中，CPT原子鐘是一種小型化原子鐘，由于其體積小、重量輕、功率消耗小等優(yōu)點(diǎn)，大大擴(kuò)充了原子鐘的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，CPT原子鐘利用設(shè)定頻率的激光與處于“超精細(xì)能級(jí)”的原子的相互作用，獲得與原子的超精細(xì)能級(jí)相匹配的時(shí)鐘信號(hào)。具體而言，CPT原子鐘功能的實(shí)現(xiàn)，主要依賴于其內(nèi)部的物理系統(tǒng):通過(guò)合理的控制物理系統(tǒng)內(nèi)的激光發(fā)射器的溫度和注入的電流，可以使得激光發(fā)射器向物理系統(tǒng)內(nèi)填充有原子氣體的吸收泡發(fā)射相位差恒定的激光，使得原子被“布居囚禁”在基態(tài)的超精細(xì)能級(jí)上，并由物理系統(tǒng)中設(shè)置的光電傳感器獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并配合外圍電路和功能器件，最終得到精密的時(shí)鐘信號(hào)。
[0004]對(duì)于現(xiàn)有的CPT原子鐘的物理系統(tǒng)而言，其中的激光發(fā)射器、吸收泡等器件所在區(qū)域的工作溫度并不相同，但是，現(xiàn)有的物理系統(tǒng)又是整體系統(tǒng)，在對(duì)其中不同的區(qū)域進(jìn)行加熱后，會(huì)由于不同區(qū)域的工作溫度不同從而產(chǎn)生溫差，熱量將從溫度較高的區(qū)域傳遞到溫度較低的區(qū)域中，形成干擾，導(dǎo)致最終獲得的計(jì)量結(jié)果不準(zhǔn)確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明實(shí)施例提供一種相干布居囚禁原子鐘的物理系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有的物理系統(tǒng)存在溫度干擾的問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明提供一種相干布居囚禁原子鐘的物理系統(tǒng)，所述物理系統(tǒng)包括:在空間上分離設(shè)置的激光發(fā)射單元和物理單元;其中:
[0007]所述激光發(fā)射單元包括:激光發(fā)射器基板、設(shè)于該激光發(fā)射器基板上的激光發(fā)射器、設(shè)于所述激光發(fā)射器基板上且分布于所述激光發(fā)射器周圍的金屬導(dǎo)熱構(gòu)件、以及處于所述激光發(fā)射器所發(fā)射的光源形成的光路上的衰減片；
[0008]所述物理單元包括:四分之一波片、吸收泡、光電池、光電池基板、金屬導(dǎo)熱層、磁場(chǎng)線圈、磁屏蔽層、磁屏蔽層頂蓋、保溫層以及數(shù)據(jù)傳輸線；
[0009 ]所述四分之一波片、吸收泡、光電池、光電池基板處于所述激光發(fā)射器所發(fā)射的光源形成的光路上;所述金屬導(dǎo)熱層分布于所述吸收泡周圍，且在所述金屬導(dǎo)熱層外側(cè)設(shè)有磁場(chǎng)線圈；所述磁屏蔽層設(shè)于所述磁場(chǎng)線圈以及光電池基板外側(cè)，并與磁屏蔽層頂蓋組合；所述保溫層設(shè)置于所述磁屏蔽層以及磁屏蔽層頂蓋的外側(cè)，所述數(shù)據(jù)傳輸線連接于所述光電池基板，并通過(guò)所述磁屏蔽層頂蓋和所述保溫層的通孔，連接于外部電路，用于傳輸光電數(shù)據(jù)。
[0010]進(jìn)一步地，所述吸收泡為冷粘接工藝制成的立方體吸收泡。[0011 ]進(jìn)一步地，所述物理單元還包括:設(shè)置于所述保溫層外側(cè)的磁屏蔽外殼。
[0012]進(jìn)一步地，在所述磁屏蔽外殼的外側(cè)還設(shè)有磁屏蔽外殼罩。
[0013]進(jìn)一步地，所述物理單元還包括:第一熱敏電阻，設(shè)置于所述金屬導(dǎo)熱層中，用于根據(jù)所述金屬導(dǎo)熱層中的溫度生成電信號(hào)傳輸至外部電路，以使得所述外部電路根據(jù)電信號(hào)進(jìn)行溫度控制;第二熱敏電阻，設(shè)置于所述保溫層中，用于根據(jù)保溫層中的溫度生成電信號(hào)發(fā)送至外部電路，以使得所述外部電路根據(jù)所述電信號(hào)監(jiān)控所述物理單元的工作溫度；功率管，與所述金屬導(dǎo)熱層相連接，用于提供熱能，并通過(guò)所述金屬導(dǎo)熱層為所述吸收泡導(dǎo)熱。
[00? 4] 進(jìn)一步地，所述物理單元通過(guò)非焊接方式組裝形成。
[0015]通過(guò)采用本發(fā)明的相干布居囚禁原子鐘的物理系統(tǒng)，使得其中的激光發(fā)射單元和物理單元，在空間上實(shí)現(xiàn)分離，基于此結(jié)構(gòu)，當(dāng)原子鐘在實(shí)際使用的過(guò)程中，激光發(fā)射單元和物理單元可以各自分別進(jìn)行加熱，達(dá)到各自所需的工作溫度，由于是空間隔離，也就不會(huì)出現(xiàn)熱能傳遞的現(xiàn)象，從而保證了原子鐘的工作穩(wěn)定性。
[0016]除此之外，上述的物理系統(tǒng)還可以達(dá)到如下效果:
[0017]立方體吸收泡采用特硬石英玻璃冷粘接工藝研制而成，透光性好，氣密性高，使用壽命長(zhǎng)，且立方體的形狀也便于組裝。
[0018]內(nèi)外兩層磁屏蔽可以更好地消除地磁干擾和外界電磁場(chǎng)影響，同時(shí)，兩層金屬磁屏蔽結(jié)構(gòu)也增強(qiáng)了物理系統(tǒng)的物理特性，使物理系統(tǒng)更牢固，抵抗沖撞和震動(dòng)的能力增強(qiáng)，提尚廣品的性能和質(zhì)量。
[0019]組件均采用分離式，緊湊組裝，不需要焊接和特殊加工工藝，適合于標(biāo)準(zhǔn)化的工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0020]此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0021]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種相干布居囚禁原子鐘的物理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為圖1所示的物理系統(tǒng)內(nèi)的物理單元的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明具體實(shí)施例及相應(yīng)的附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0024]如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種相干布居囚禁原子鐘的物理系統(tǒng)D1的結(jié)構(gòu)示意圖，具體地，相干布居囚禁原子鐘的物理系統(tǒng)D1包括:在空間上分離設(shè)置的激光發(fā)射單元10和物理單元20。在本發(fā)明實(shí)施例中，空間上分離是指激光發(fā)射單元10和物理單元20在結(jié)構(gòu)上并非統(tǒng)一整體，即在結(jié)構(gòu)上各自獨(dú)立，而在功能上可看作一個(gè)整體，共同實(shí)現(xiàn)物理系統(tǒng)的功能。
[0025]更為具體地，激光發(fā)射單元10包括:激光發(fā)射器基板101、設(shè)于激光發(fā)射器基板101上的激光發(fā)射器102、設(shè)于激光發(fā)射器基板101上且分布于激光發(fā)射器102周圍的金屬導(dǎo)熱構(gòu)件103、以及處于激光發(fā)射器102所發(fā)射的光源形成的光路上的衰減片104。
[0026]本發(fā)明實(shí)施例中的激光放射器102具體可以是垂直腔面發(fā)射激光器(VerticalCavity Surface Emitting Laser，VCSEL)，激光發(fā)射器基板 101，具體可以是VCSEL基板。
[0027]物理單元20包括:四分之一波片201、吸收泡202、光電池203、光電池基板204、金屬導(dǎo)熱層205、磁場(chǎng)線圈206、磁屏蔽層207、磁屏蔽層頂蓋208、保溫層209以及數(shù)據(jù)傳輸線210。
[0028]進(jìn)一步地，四分之一波片201、吸收泡202、光電池203、光電池基板204處于激光發(fā)射器102所發(fā)射的光源形成的光路上;金屬導(dǎo)熱層205分布于吸收泡202周圍，且在金屬導(dǎo)熱層205外側(cè)設(shè)有磁場(chǎng)線圈206;磁屏蔽層207設(shè)于磁場(chǎng)線圈206以及光電池基板204外側(cè)，并與磁屏蔽層頂蓋208組合;保溫層209設(shè)置于磁屏蔽層207以及磁屏蔽層頂蓋208的外側(cè)，數(shù)據(jù)傳輸線210連接于光電池基板204，并通過(guò)磁屏蔽層頂蓋208和保溫層209的通孔，連接于外部電路，用于傳輸光電數(shù)據(jù)。
[0029]其中，上述的光電池203用作光電傳感器，實(shí)際應(yīng)用時(shí)也可以采用其它光電元件作為光電傳感器。數(shù)據(jù)傳輸線210具體可以是一種軟排線。這里并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。
[0030]需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明實(shí)施例中，正是基于上述的空間分離結(jié)構(gòu)，當(dāng)物理系統(tǒng)D1進(jìn)入工作狀態(tài)后，外部電路對(duì)激光發(fā)射單元10和物理單元20進(jìn)行加熱時(shí)，即使激光發(fā)射單元10和物理單元20之間具有溫差，也不會(huì)相互影響，可以認(rèn)為，激光發(fā)射單元10和物理單元20在空間上分離，保證了各自工作溫度的穩(wěn)定性，進(jìn)一步保證了物理系統(tǒng)D1可以得到準(zhǔn)確的光電數(shù)據(jù)，可最大程度降低或避免最終輸出的精確時(shí)鐘信號(hào)出現(xiàn)誤差。
[0031]除了上述的空間分離結(jié)構(gòu)不同于現(xiàn)有技術(shù)外，基于如圖1所示的物理系統(tǒng)D1，其物理單元20中的吸收泡202也與現(xiàn)有技術(shù)中不同，具體而言，在現(xiàn)有技術(shù)中，物理系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置的吸收泡通常為玻璃材料，采用吹制工藝制成圓形泡狀結(jié)構(gòu)，并在該泡狀結(jié)構(gòu)中注入原子氣體，之后將該圓形泡狀結(jié)構(gòu)加熱密封，從而制成圓形吸收泡。但是，現(xiàn)有的吸收泡由于其吹制工藝的限制，導(dǎo)致制成的吸收泡的尺寸較大，并不利于物理系統(tǒng)的微型化，且較大尺寸的吸收泡在加熱過(guò)程中，需要消耗較多