CN106249577B - 一种集成化cpt原子钟物理系统 - Google Patents

一种集成化cpt原子钟物理系统 Download PDF

Info

Publication number
CN106249577B
CN106249577B CN201610634546.1A CN201610634546A CN106249577B CN 106249577 B CN106249577 B CN 106249577B CN 201610634546 A CN201610634546 A CN 201610634546A CN 106249577 B CN106249577 B CN 106249577B
Authority
CN
China
Prior art keywords
atomic
absorbing cavity
laser
resonance absorbing
atomic resonance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610634546.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106249577A (zh
Inventor
翟浩
陈大勇
廉吉庆
李得天
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology
Original Assignee
Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology filed Critical Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology
Priority to CN201610634546.1A priority Critical patent/CN106249577B/zh
Publication of CN106249577A publication Critical patent/CN106249577A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106249577B publication Critical patent/CN106249577B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04F—TIME-INTERVAL MEASURING
    • G04F5/00—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards
    • G04F5/14—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards using atomic clocks

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种集成化CPT原子钟物理系统，包括激光器组件和原子共振吸收腔组件；激光器组件支架实现VCSEL激光器、准直透镜、波片及衰减片的集成，结构简单、增强了光源系统的整体性；原子共振吸收腔采用微型玻璃气室，实现原子共振吸收腔组件的微型化、低功耗设计；物理系统采用双控温双保温的设计；集成化CPT原子钟物理系统实现了原子共振吸收腔组件的微型化，减少了原子共振吸收腔组件加热体积，提高了系统加热效率、降低了系统的功耗，本发明的集成化CPT原子钟物理系统的设计相比芯片级CPT原子钟，信号信噪比高，获得的频率稳定度指标更好。

Description

一种集成化CPT原子钟物理系统
技术领域
本发明属于CPT原子钟、CPT原子陀螺仪、CPT磁力仪等量子技术领域，具体涉及一种集成化CPT原子钟物理系统。
背景技术
随着CPT物理现象发现和应用，出现了CPT原子钟、CPT陀螺仪、CPT磁力仪等量子技术。被动型CPT原子钟不需要微波谐振腔，可实现原子钟的微型化、乃至芯片化，其中物理部分的集成化是实现其微型化、芯片化设计的基本条件，CPT原子钟物理部分包括VCSEL激光器、准直透镜组件、1/4波片组件和原子共振吸收腔组件等。
CPT原子钟具有广泛的应用前景，在卫星平台和有效载荷方面，微型CPT原子钟可以替代石英晶体振荡器，小卫星/微小卫星平台可以以微型CPT原子钟为核心，构建时钟单元和有效载荷的时间频率源，提高小卫星/微小卫星的时间同步、时差/频差测量、测距、测速和通信等能力。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种集成化CPT原子钟物理系统，能够减小了原子共振吸收腔组件体积，降低了原子共振吸收腔组件控温的功耗。
一种集成化CPT原子钟物理系统，包括激光器单元和原子共振吸收腔单元；
所述激光器单元包括激光器组件支架(3)、前固定板(5)、后固定板(6)、VCSEL激光器(1)、VCSEL激光器卡槽(17)、准直透镜以及波片衰减片组件；
所述激光器组件支架(3)为空心圆柱结构，其前半部分的直径大于后半部分的直径；激光器组件支架(3)的前半部分由前固定板(5)封闭，形成的安装槽中安装波片和衰减片组件；激光器组件支架(3)的后半部分由后固定板(6)封闭，形成的安装槽中安装准直透镜；准直透镜的安装槽后端的激光器组件支架(3)内安装VCSEL激光器卡槽(17)、VCSEL激光器卡槽(17)内安装所述VCSEL激光器(1)；
所述前固定板(5)中部设置有激光出射孔，后固定板(6)上设置有VCSEL激光器(1)引脚引出孔；
原子共振吸收腔单元包括由后保温盖(7)、保温筒(8)、前保温盖(9)、原子气室(10)、原子气室支架(11)、C场(12)、外屏蔽层(13)、加热丝(14)和光电池(15)组成的原子共振吸收腔组件以及原子共振吸收腔组件支架(16)；
所述原子气室(10)安装在圆筒状的原子气室支架(11)的内部，原子气室支架(11)的外圆周面上布置所述C场(12)，C场12)的外侧设置用于屏蔽外部杂散磁场的外屏蔽(13)；外屏蔽(13)的外圆周面上包覆加热丝(14)；加热丝(14)的外侧为两端开口的保温筒(8)，其前端和后端分别由前保温盖(9)和后保温盖(7)封闭；前保温盖(9)的中部设置有进光孔；原子气室支架(11)的前、后两端均设有通光孔，其后端通光孔对应于外屏蔽层(13)的内壁位置上设置光电池(15)；
所述原子共振吸收腔组件支架(16)为空心立方体结构，其一个侧面敞开，与其相对的侧面封闭；另外的四个侧面中部均设置有圆形开孔；
组装完成的原子共振吸收腔组件从原子共振吸收腔组件支架(16)敞开的一侧安装在其内部。
原子共振吸收腔组件支架(16)封闭的侧面上设置有安装孔，用于将原子共振吸收腔单元安装在对应的电路板上。
激光器组件支架(3)后半部分的外圆周面上加工一圈用于固定安装的凸起。
本发明具有如下有益效果：
(1)VCSEL激光器和原子共振吸收腔组件采用双控温双保温的设计，减小了系统控温功耗；原子共振吸收腔组件基于微型玻璃实现了物理部分的微型化、降低了物理系统的控温功耗减小；
(2)激光器组件实现VCSEL激光器、准直透镜、衰减片和1/4波片的集成，具有结构简单、增强了光源系统的整体性；
(3)集成化CPT原子钟物理系统中激光器组件和原子共振吸收腔组件设计有各自的固定支架，便于调试；
(4)集成化CPT原子钟物理系统的设计相比芯片级CPT原子钟可会获得信噪比高的信号，得到较高的稳定度指标。
附图说明
图1为本发明的VCSEL激光器组件支架的剖面图；
图2为本发明的原子共振吸收腔组件的剖面图；
图3为本发明的原子共振吸收腔组件支架的立体示意图；
图4为本发明的集成化CPT原子钟物理系统。
图中，1—VCSEL激光器、2—准直透镜安装槽、3—激光器组件支架、4—波片及衰减片安装槽、5—前固定板、6—后固定板、7—后保温盖、8—保温筒、9—前保温盖、10—原子气室、11—原子气室支架、12—C场、13—外屏蔽、14—加热丝、15—光电池、16—原子共振吸收腔组件支架、17—VCSEL激光器卡槽。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明的一种集成化CPT原子钟物理系统，包括激光器单元和原子共振吸收腔单元；
如图1所述，激光器单元包括激光器组件支架(3)、前固定板(5)、后固定板(6)、VCSEL激光器(1)、准直透镜以及波片衰减片组件；
所述激光器组件支架(3)为空心圆柱结构，其前半部分的直径大于后半部分的直径；激光器组件支架(3)的前半部分由前固定板(5)封闭，形成的安装槽中安装波片和衰减片组件；激光器组件支架(3)的后半部分由后固定板(6)封闭，安装槽中安装准直透镜、VCSEL激光器卡槽(17)、VCSEL激光器卡槽(17)用于安装VCSEL激光器(1)；
所述前固定板(5)中部设置有激光出射孔，后固定板(6)上设置有VCSEL激光器(1)引脚引出孔；
如图2所示，原子共振吸收腔单元包括由后保温盖(7)、保温筒(8)、前保温盖(9)、原子气室(10)、原子气室支架(11)、C场(12)、外屏蔽(13)、加热丝(14)和光电池(15)组成的原子共振吸收腔组件以及原子共振吸收腔组件支架(16)；
所述原子气室(10)安装在圆筒状的原子气室支架(11)的内部，原子气室支架(11)的外圆周面上缠绕C场(12)，C场(12)的外侧设置用于屏蔽外部杂散磁场的外屏蔽(13)；外屏蔽(13)的外圆周面上包覆加热丝(14)；加热丝(14)的外侧为两端开口的保温筒(8)，其前端和后端分别由前保温盖(9)和后保温盖(7)封闭；前保温盖(9)的中部设置有进光孔；原子气室支架(11)的前、后两端均设有通光孔，其后端通光孔对应于外屏蔽层(13)的内壁位置上设置光电池(15)。
如图3所示，所述原子共振吸收腔组件支架(16)为空心立方体结构，其一个侧面敞开，与其相对的侧面封闭；另外的四个侧面中部均设置有圆形开孔；
如图4所示，组装完成的原子共振吸收腔组件从原子共振吸收腔组件支架(16)敞开的一侧安装在其内部；激光单元的前固定板(5)上的激光出射孔对准原子共振吸收腔单元上的进光孔，形成CPT原子钟物理系统。前保温盖9的进光孔与原子共振吸收腔组件支架(16)的圆形开孔对齐，原子气室10可接收VCSEL激光器(1)发出的激光，激光与原子气室10作用后射出，由光电池15获取原子钟的光检信号，将物理部分内部光场与原子系统相互作用的信息转变为电信号。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种集成化CPT原子钟物理系统，其特征在于，包括激光器单元和原子共振吸收腔单元；
所述激光器单元包括激光器组件支架(3)、前固定板(5)、后固定板(6)、VCSEL激光器(1)、VCSEL激光器卡槽(17)、准直透镜以及波片衰减片组件；
所述激光器组件支架(3)为空心圆柱结构，其前半部分的直径大于后半部分的直径；激光器组件支架(3)的前半部分由前固定板(5)封闭，形成的安装槽中安装波片和衰减片组件；激光器组件支架(3)的后半部分由后固定板(6)封闭，形成的安装槽中安装准直透镜；准直透镜的安装槽后端的激光器组件支架(3)内安装VCSEL激光器卡槽(17)、VCSEL激光器卡槽(17)内安装所述VCSEL激光器(1)；
所述前固定板(5)中部设置有激光出射孔，后固定板(6)上设置有VCSEL激光器(1)引脚引出孔；
原子共振吸收腔单元包括由后保温盖(7)、保温筒(8)、前保温盖(9)、原子气室(10)、原子气室支架(11)、C场(12)、外屏蔽(13)、加热丝(14)和光电池(15)组成的原子共振吸收腔组件以及原子共振吸收腔组件支架(16)；
所述原子气室(10)安装在圆筒状的原子气室支架(11)的内部，原子气室支架(11)的外圆周面上布置所述C场(12)，C场(12)的外侧设置用于屏蔽外部杂散磁场的外屏蔽(13)；外屏蔽(13)的外圆周面上包覆加热丝(14)；加热丝(14)的外侧为两端开口的保温筒(8)，其前端和后端分别由前保温盖(9)和后保温盖(7)封闭；前保温盖(9)的中部设置有进光孔；原子气室支架(11)的前、后两端均设有通光孔；外屏蔽(13)的内壁上设置光电池(15)，其位置对应于后端通光孔；
所述原子共振吸收腔组件支架(16)为空心立方体结构，其一个侧面敞开，与其相对的侧面封闭；另外的四个侧面中部均设置有圆形开孔；
组装完成的原子共振吸收腔组件从原子共振吸收腔组件支架(16)敞开的一侧安装在其内部。
2.如权利要求1所述的一种集成化CPT原子钟物理系统，其特征在于，原子共振吸收腔组件支架(16)封闭的侧面上设置有安装孔，用于将原子共振吸收腔单元安装在对应的电路板上。
3.如权利要求1所述的一种集成化CPT原子钟物理系统，其特征在于，激光器组件支架(3)后半部分的外圆周面上加工一圈用于固定安装的凸起。
CN201610634546.1A 2016-08-04 2016-08-04 一种集成化cpt原子钟物理系统 Active CN106249577B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610634546.1A CN106249577B (zh) 2016-08-04 2016-08-04 一种集成化cpt原子钟物理系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610634546.1A CN106249577B (zh) 2016-08-04 2016-08-04 一种集成化cpt原子钟物理系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106249577A CN106249577A (zh) 2016-12-21
CN106249577B true CN106249577B (zh) 2018-11-27

Family

ID=58078010

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610634546.1A Active CN106249577B (zh) 2016-08-04 2016-08-04 一种集成化cpt原子钟物理系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106249577B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107128871B (zh) * 2017-05-10 2019-04-05 中国电子科技集团公司第四十九研究所 一种基于mems原子芯片的物理封装件及其封装方法
CN108107707B (zh) * 2017-11-22 2020-12-25 北京无线电计量测试研究所 一种原子气体腔室以及制备方法
CN111510141B (zh) * 2020-06-03 2023-09-15 江苏集萃微纳自动化系统与装备技术研究所有限公司 微型原子钟物理封装及微型原子钟
CN114280911A (zh) * 2020-09-27 2022-04-05 北京华信泰科技股份有限公司 Cpt原子钟物理系统
CN113147041A (zh) * 2020-12-14 2021-07-23 兰州空间技术物理研究所 一种微型化原子钟支撑结构的3d打印制造方法
CN114578677B (zh) * 2022-02-22 2023-05-26 中科启迪光电子科技(广州)有限公司 悬挂式芯片原子钟物理系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102063054A (zh) * 2011-02-22 2011-05-18 合肥威师智能电子电器厂 Cpt原子钟
CN203149300U (zh) * 2013-01-31 2013-08-21 江汉大学 一种原子钟
JP5713039B2 (ja) * 2013-03-04 2015-05-07 セイコーエプソン株式会社 原子発振器
CN105372981A (zh) * 2015-12-04 2016-03-02 兰州空间技术物理研究所 一种铯cpt原子钟物理系统
CN105467821A (zh) * 2015-12-01 2016-04-06 北京无线电计量测试研究所 一种相干布居囚禁原子钟的物理系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2473885B1 (fr) * 2009-09-04 2013-05-29 CSEM Centre Suisse D'electronique Et De Microtechnique SA Dispositif pour horloge atomique

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102063054A (zh) * 2011-02-22 2011-05-18 合肥威师智能电子电器厂 Cpt原子钟
CN203149300U (zh) * 2013-01-31 2013-08-21 江汉大学 一种原子钟
JP5713039B2 (ja) * 2013-03-04 2015-05-07 セイコーエプソン株式会社 原子発振器
CN105467821A (zh) * 2015-12-01 2016-04-06 北京无线电计量测试研究所 一种相干布居囚禁原子钟的物理系统
CN105372981A (zh) * 2015-12-04 2016-03-02 兰州空间技术物理研究所 一种铯cpt原子钟物理系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN106249577A (zh) 2016-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106249577B (zh) 一种集成化cpt原子钟物理系统
Gill When should we change the definition of the second?
CN105372981B (zh) 一种铯cpt原子钟物理系统
CN104734708B (zh) 量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体
CN102522687B (zh) 一种基态单透射峰原子滤光器及滤光方法
Nyland et al. Detection of a high brightness temperature radio core in the active-galactic-nucleus-driven molecular outflow candidate NGC 1266
BRPI0903888A2 (pt) relógio anatÈmico, e método de formar um padrão de frequência de precisão
Cai et al. Preinflationary primordial perturbations
CN104297950A (zh) 混合气体多波段原子滤光器及其方法
CN102063054B (zh) Cpt原子钟
CN104393483A (zh) 一种728nm稳频激光标准产生装置及其方法
CN103293579B (zh) 一种低温低磁场超窄线宽原子滤光器及其使用方法
CN103856215A (zh) 一种低功耗芯片级原子钟物理封装装置
JPH0730420A (ja) 原子周波数標準器のエバネセント界インテロゲータ
CN105467821A (zh) 一种相干布居囚禁原子钟的物理系统
Kunert et al. A planar ion trap chip with integrated structures for an adjustable magnetic field gradient
CN108628152A (zh) 纳米y波导的芯片原子钟微型系统
CN213423723U (zh) 一种用于相干布居数囚禁冷原子钟的玻璃气室磁光阱系统
CN204260745U (zh) 磁共振设备孔径照明系统及磁共振设备
WO2012172471A3 (en) Optical angular momentum induced hyperpolarisation in interventional applications
Zhang et al. Coherent population trapping magnetometer by differential detecting magneto–optic rotation effect
Wang et al. Laser frequency offset-locking using electromagnetically induced transparency spectroscopy of 85Rb in magnetic field
Golovizin et al. A Control Unit for the Thulium Optical Clock
CN204374552U (zh) 紫外原子滤光器
US20150249456A1 (en) Mercury trapped ion frequency standard for ultra-stable reference applications

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant