CN105242520B - 一种超薄型的芯片原子钟物理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超薄型的芯片原子钟物理系统，解决了现有芯片级原子钟结构复制、成本及耗能高等问题。该超薄型的芯片原子钟物理系统包括LCC底座，固定在LCC底座内的物理支撑架，分别设置在物理支撑架相对两侧的VCSEL系统和光电池，以及与LCC底座配合使用将各部件进行真空密封的陶瓷封帽；在VCSEL系统和光电池之间还设置有玻片系统和吸收泡系统，其中，玻片系统靠近VCSEL系统，吸收泡系统靠近光电池；物理支撑架上设置有转接引线的电极和焊盘，物理支撑架上的信号通过绑线金丝转接到LCC底座的引线电极上。本发明结构简单、生产成本低，为其大范围的推广应用，奠定了坚实的基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种芯片原子钟物理系统，具体的说，是涉及一种超薄型的芯片原子钟物理系统。
背景技术
人们日常生活需要知道准确的时间，生产、科研上更是如此。目前，世界上最准确的计时工具就是原子钟。原子钟是利用原子吸收或释放能量时发出的电磁波进行计时。芯片级原子钟是原子钟的一种，其被广泛地应用于各个领域中，然而，现有技术中，芯片级原子钟主要存在结构负责、强度低、制作成本高等缺陷，限制了芯片级原子钟推广使用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种结构简单、成本低的超薄型的芯片原子钟物理系统。
本发明中英文注释如下：
VCSEL：垂直腔面发射激光器；
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种超薄型的芯片原子钟物理系统，包括LCC底座，固定在所述LCC底座内的物理支撑架，分别设置在所述物理支撑架相对两侧的VCSEL系统和光电池，以及与所述LCC底座配合使用将各部件进行真空密封的陶瓷封帽；
进一步的，在所述VCSEL系统和光电池之间还设置有玻片系统和吸收泡系统，其中，所述玻片系统靠近所述VCSEL系统，所述吸收泡系统靠近所述光电池；
进一步的，所述物理支撑架上设置有转接引线的电极和焊盘，所述物理支撑架上的信号通过绑线金丝转接到所述LCC底座的引线电极上。
进一步的，在所述陶瓷封帽外壁对称设置有两个金属走线。
进一步的，所述物理支撑架为中部镂空、底部设有支撑脚的结构。
进一步的，所述物理支撑架由聚酰亚胺制作而成。
进一步的，所述VCSEL系统包括固定在所述LCC底座上的VCSEL加热陶瓷片，以及固定在所述VCSEL加热陶瓷片上的VCSEL组件。
进一步的，所述VCSEL组件焊接在所述VCSEL加热陶瓷片中心。
进一步的，所述玻片系统包括紧靠所述VCSEL加热陶瓷片的玻片支架，固定在所述玻片支架上并与所述VCSEL组件对应的玻片组件。
进一步的，所述吸收泡系统包括两个与所述物理支撑架固定连接并相对设置的吸收泡加热陶瓷片，以及设置于两个所述吸收泡加热陶瓷片之间的吸收泡。
进一步的，所述光电池粘接于所述吸收泡背向VCSEL系统的一面。
进一步的，所述陶瓷封帽内设置有吸气剂，在所述陶瓷封帽的外壁设置有用于激活所述吸气剂的激活引脚。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明结构简单、成本低，采用本发明制作出的超薄型的芯片级原子钟应用范围广，为其大范围的推广应用，奠定了坚实的基础。
（2）本发明在陶瓷封帽外壁对称地制作两个金属走线，从而简化了物理系统的C场结构。
（3）本发明在陶瓷封帽内设计了吸气剂，吸气剂的激活采用外部加电方式，故在陶瓷封帽外壁设计了激活引脚，由此可以消除系统内部和陶瓷壳体对内部的放气，让系统可以保持良好的真空度。
附图说明
图1为本发明的内部结构示意图。
图2为本发明的外部结构示意图。
图3为本发明中陶瓷封帽的结构示意图。
图4为本发明中物理支撑架的结构示意图。
上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：1-LCC底座，2-物理支撑架，3-绑线金丝，4-光电池，5-陶瓷封帽，6-金属走线，7-VCSEL加热陶瓷片，8-VCSEL组件，9-玻片支架，10-玻片组件，11-吸收泡加热陶瓷片，12-吸收泡，13-激活引脚。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
如图1-4所示，本实施例提供了一种超薄型的芯片原子钟物理系统，该芯片原子钟物理系统由LCC底座1和陶瓷封帽5构成密封结构，其余部件均设置在该密封结构中。LCC底座和陶瓷封帽之间采用真空密封焊接，具体工艺如下：采用金属焊材加热到250℃焊接2小时，即可把陶瓷封帽和物理系统的LCC底座进行真空封焊，真空密封焊接的作用是实现物理系统的真空封装而降低功耗。
为了简化本发明的C场结构，本实施例在陶瓷封帽5外壁对称设置有两个金属走线6，陶瓷封帽上制作的两个金属走线可等效于两个对称放置的亥姆霍兹线圈，在它们的中间将产生均匀性较好的恒定磁场。为了保证强度，本实施例中陶瓷封帽采用三氧化二铝制作。
为了进一步确保LCC底座和陶瓷封帽构成的密封结构的真空度，本实施例在陶瓷封帽内设计了吸气剂，吸气剂的激活采用外部加电方式，故在陶瓷封帽外壁设计了激活引脚，由此可以消除系统内部和陶瓷壳体对内部的放气，保证真空度。
设置在由LCC底座和陶瓷封帽构成的密封结构内的部件有：物理支撑架2、光电池4、VCSEL系统、吸收泡系统。其中，物理支撑架是光电池、VCSEL系统和吸收泡系统的主要支撑安装部件，即光电池、VCSEL系统和吸收泡系统均安装在物理支撑架上。
作为一种优选方式，本实施例中物理支撑架由板面和支撑脚构成，具体的说，其呈中部镂空、底部分别设置四个支撑脚的结构，物理支撑架的板面呈“回”字形；物理支撑架的材料优选聚酰亚胺。通过上述设置，减小了各部件之间的直接热传导；物理支撑架上设置有转接引线的电极和焊盘，物理支撑架上的信号通过绑线金丝3转接到LCC底座的引线电极上。
VCSEL系统和光电池相对设置，为了便于描述，在此将物理支撑架氛围前、后、左、右四个方向，基于VCSEL系统和光电池的相对设置，则VCSEL系统设置在物理支撑架的前端，光电池设置在物理支撑架的后端。其中，VCSEL系统又包括固定在LCC底座1上的VCSEL加热陶瓷片7和固定在VCSEL加热陶瓷片7上的VCSEL组件8；优选的，VCSEL组件焊接在VCSEL加热陶瓷片中心。具体的说，VCSEL加热陶瓷片为板状结构，其与光电池相对。
玻片系统用于配合VCSEL组件工作，其包括紧靠VCSEL加热陶瓷片7的玻片支架9和固定在玻片支架9上并与VCSEL组件8对应的玻片组件10；玻片组件的形状优选为半圆形。其中，玻片组件与VCSEL组件对应是指，VCSEL组件所发出的光需首先射至玻片组件，然后再射至光电池方向。
吸收泡系统包括两个与物理支撑架固定连接并相对设置的吸收泡加热陶瓷片11和设置于两个吸收泡加热陶瓷片11之间的吸收泡12。吸收泡加热陶瓷片呈板状结构，其设置在物理支撑架相对的左右两侧，吸收泡位于物理支撑架的后端并间于两个吸收泡加热陶瓷片之间，光电池紧贴粘接在吸收泡背向VCSEL系统的一面上。吸收泡系统与玻片系统之间应当具备一定的间隙，一方面确保本发明的正常工作，另一方面，避免二者之间的直接热传导。
按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的结构基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种超薄型的芯片原子钟物理系统，其特征在于，包括LCC底座（1），固定在所述LCC底座（1）内的物理支撑架（2），分别设置在所述物理支撑架（2）相对两侧的VCSEL系统和光电池（4），以及与所述LCC底座（1）配合使用将各部件进行真空密封的陶瓷封帽（5）；
在所述VCSEL系统和光电池（4）之间还设置有玻片系统和吸收泡系统，其中，所述玻片系统靠近所述VCSEL系统，所述吸收泡系统靠近所述光电池（4）；
所述物理支撑架（2）上设置有转接引线的电极和焊盘，所述物理支撑架（2）上的信号通过绑线金丝（3）转接到所述LCC底座（1）的引线电极上；
在所述陶瓷封帽（5）外壁对称设置有两个金属走线（6）。
2.根据权利要求1所述的一种超薄型的芯片原子钟物理系统，其特征在于，所述物理支撑架（2）为中部镂空、底部设有支撑脚的结构。
3.根据权利要求2所述的一种超薄型的芯片原子钟物理系统，其特征在于，所述物理支撑架（2）由聚酰亚胺制作而成。
4.根据权利要求1所述的一种超薄型的芯片原子钟物理系统，其特征在于，所述VCSEL系统包括固定在所述LCC底座（1）上的VCSEL加热陶瓷片（7），以及固定在所述VCSEL加热陶瓷片（7）上的VCSEL组件（8）。
5.根据权利要求4所述的一种超薄型的芯片原子钟物理系统，其特征在于，所述VCSEL组件（8）焊接在所述VCSEL加热陶瓷片（7）中心。
6.根据权利要求5所述的一种超薄型的芯片原子钟物理系统，其特征在于，所述玻片系统包括紧靠所述VCSEL加热陶瓷片（7）的玻片支架（9），固定在所述玻片支架（9）上并与所述VCSEL组件（8）对应的玻片组件（10）。
7.根据权利要求1所述的一种超薄型的芯片原子钟物理系统，其特征在于，所述吸收泡系统包括两个与所述物理支撑架（2）固定连接并相对设置的吸收泡加热陶瓷片（11），以及设置于两个所述吸收泡加热陶瓷片（11）之间的吸收泡（12）。
8.根据权利要求7所述的一种超薄型的芯片原子钟物理系统，其特征在于，所述光电池（4）粘接于所述吸收泡（12）背向VCSEL系统的一面。
9.根据权利要求1所述的一种超薄型的芯片原子钟物理系统，其特征在于，所述陶瓷封帽（5）内设置有吸气剂，在所述陶瓷封帽（5）的外壁设置有用于激活所述吸气剂的激活引脚（13）。
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