CN110383184A - 芯片级原子钟的物理模块 - Google Patents
芯片级原子钟的物理模块 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110383184A CN110383184A CN201780087808.XA CN201780087808A CN110383184A CN 110383184 A CN110383184 A CN 110383184A CN 201780087808 A CN201780087808 A CN 201780087808A CN 110383184 A CN110383184 A CN 110383184A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- chip
- atomic clock
- physical module
- pattern
- scale atomic
- 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.)
- Withdrawn
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 54
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 52
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 44
- 235000009508 confectionery Nutrition 0.000 claims description 13
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 7
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 22
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 1
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 description 1
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 description 1
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 description 1
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium atom Chemical compound [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/005—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
-
- 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/30—Polarising elements
-
- 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
- G04F5/145—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards using atomic clocks using Coherent Population Trapping
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/0007—Applications not otherwise provided for
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
- H03L7/26—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using energy levels of molecules, atoms, or subatomic particles as a frequency reference
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
- G02B27/283—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/0014—Monitoring arrangements not otherwise provided for
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/022—Mountings; Housings
- H01S5/02208—Mountings; Housings characterised by the shape of the housings
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Ecology (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
本发明构思的实施例提供一种芯片级原子钟的物理模块。所述物理模块包括：壳体；激光源，设置在所述壳体中并且产生激光光束；蒸气单元，设置在所述激光源上方以利用所述激光光束产生透射光束；以及检测器，设置在所述蒸气单元上方以检测所述透射光束。这里，所述蒸气单元可包括多个光学图案，所述多个光学图案被构造为使所述激光光束偏振。
Description
技术领域
本公开在此涉及一种原子钟，具体地，涉及一种芯片级原子钟的物理模块。
背景技术
通常，原子钟是利用碱蒸气的基态的能量水平作为频率标准的装置。碱蒸气可吸收具有谐振频率的激光光束的部分。激光光束的部分可穿过碱蒸气并且构成透射光束。入射的激光光束和透射光束可通过激光二极管的电流调制具有多个边带频谱。边带之间的频率差可对应于与在碱蒸气的能量水平之间转变对应的谐振频率。谐振频率可在微波区域中。微波频率可从通过碱蒸气传输的光束的吸收频谱中读取。例如，当执行反馈以将微波振荡器的频率与碱蒸气的谐振频率匹配时，微波振荡器可被定义为原子钟。
碱蒸气可被定义为蒸气单元。蒸气单元可将碱蒸气存储在真空封闭腔中或者填充缓冲气体的封闭腔中。封闭腔可能是导致原子钟的体积和功率消耗增加的因素。通过MEMS工艺将蒸气单元小型化为具有大约1mm的高度并且通过将玻璃基板结合到硅侧壁部的两个表面来密封。普通芯片级原子钟的物理模块包括下面描述的小型化的蒸气单元。例如，普通芯片级原子钟的物理模块可包括激光源、四分之一波片、蒸气单元和检测器。四分之一波片可以使线偏振激光光束圆偏振。蒸气单元可设置在四分之一波片上。圆偏振激光光束可提供到蒸气单元。蒸气单元可通过使用圆偏振激光光束作为泵浦光束为微波讯问提供频谱信号。透射的泵浦光束的强度可通过检测器测量。检测器可设置在蒸气单元上。例如，通过使用相干布居囚禁(CPT)的光谱学，检测器可确定在透射光束的边带之间的频率差是否与原子的固有频率匹配。
如下所述，在不是芯片级原子钟的情况下，相干布居囚禁(CPT)的光谱学可被配置用于信号改善。改善的物理模块可包括激光源、蒸气单元、偏振分束器和检测器。蒸气单元可设置在激光源上。线偏振激光光束可提供到蒸气单元。蒸气单元可改变透射光束的线偏振的方向。偏振分束器可设置在蒸气单元上。偏振分束器可根据偏振方向将透射光束分束。透射光束可在水平偏振方向上和垂直偏振方向上分束。检测器可设置在偏振分束器上。透射光束可提供为检测光束。检测器可测量在根据偏振方向的不同方向上行进的透射光束中的每个的强度。通过差分放大方法可将水平偏振光束的检测信号和垂直偏振光束的检测信号相互比较。原子钟可具有通过差分信号提高的稳定性。
然而，四分之一波片和/或偏振分束器增加了普通芯片级原子钟的物理模块的体积和功率消耗。例如，由于其需要的空间和功率，偏振分束器尚未被芯片级原子钟采用。
发明内容
技术问题
本公开提供一种能够减小体积和功率消耗或者改善性能的芯片级原子钟的物理模块。
技术方案
本发明构思的实施例提供一种芯片级原子钟的物理模块。所述物理模块包括：壳体；激光源，设置在所述壳体中并且产生激光光束；蒸气单元，设置在所述激光源上方以利用所述激光光束产生透射光束；以及检测器，设置在所述蒸气单元上方以检测所述透射光束。这里，所述蒸气单元包括多个光学图案，所述多个光学图案被配置为使所述激光光束偏振。
在实施例中，所述蒸气单元可包括：透明盒；以及填充在所述透明盒中的碱性气体。所述光学图案可设置在所述透明盒的外壁上或者设置在所述透明盒中。
在实施例中，所述透明盒可包括：下基板；在所述下基板之上的上基板；以及侧壁部，被配置为在所述上基板与所述下基板之间密封所述碱性气体。所述光学图案可利用与所述下基板和所述上基板中的每个的材料不同的材料制成。
在实施例中，所述下基板和所述上基板中的每个可包括玻璃，并且所述光学图案中的每个可包括硅、氮化硅或氧化钛。
在实施例中，所述光学图案可包括设置在所述下基板上的条纹图案。
在实施例中，所述条纹图案中的每个可具有120nm的宽度，并且所述条纹图案可彼此间隔80nm。
在实施例中，所述条纹图案中的每个具有180nm的厚度。
在实施例中，所述光学图案可包括：下图案，设置在所述下基板下方；以及上图案，设置在所述上基板上。
在实施例中，所述下图案就可包括条纹图案。
在实施例中，所述上图案可包括椭圆形图案。
在实施例中，所述椭圆形图案可包括椭圆柱形图案和圆柱形图案。
在实施例中，所述椭圆柱形图案可包括：具有在第一方向上的长轴的椭圆柱形图案；以及具有在与所述第一方向交叉的第二方向上的长轴的椭圆柱形图案。
在实施例中，具有在所述第一方向上的长轴的椭圆柱形图案和具有在所述第二方向上的长轴的椭圆柱形图案可彼此相邻地设置，并且具有在所述第一方向上的长轴的椭圆柱形图案和具有在所述第二方向上的长轴的椭圆柱形图案可在所述第一方向上交替地设置。
在实施例中，所述椭圆柱形图案中的每个可具有150nm的短轴和270nm的长轴。
在实施例中，所述上图案中的每个可具有715nm的厚度。
有益效果
如上所述，根据本发明构思的实施例的芯片级原子钟的物理模块可包括设置在所述蒸气单元的所述内壁和所述外壁中的每个上的所述多个光学图案。所述光学图案可设置在所述蒸气单元上和/或所述蒸气单元下方。所述光学图案可具有小于典型的四分之一波片和/或典型的偏振分束器的厚度的厚度。随着所述物理模块的整个体积的增加，加热器消耗更多功率以维持预定的温度。因此，所述光学图案可减小所述物理模块的体积和功率消耗。
附图说明
图1是示出根据本发明构思的实施例的芯片级原子钟的物理模块的截面图。
图2是示出图1中的光学图案和下基板的平面图。
图3是示出了作为通过图2中的光学图案传输的激光光束的波长的函数的彼此垂直的偏振光束之间的相位延迟的曲线图。
图4是示出根据本发明构思的实施例的芯片级原子钟的物理模块的截面图。
图5是示出图4中的上图案和上基板的平面图。
图6a和图6b是示出在图4中的偏振分束器之后出射光束的行进方向的平面图。
本发明的最佳实施方式
在下文中，下面将参照附图详细地描述本发明构思的优选实施例。通过参照附图描述的以下实施例将阐明本发明的优点和特征及其实现方法。然而，本发明可以以不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例。更确切地说，提供这些实施例是为了使本公开将是彻底且完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。相同的标号始终指示相同的元件。
在下面的描述中，技术术语仅用于解释具体的示例性实施例而不是用于限制本公开。除非提及为相反，否则单数形式的术语可包括复数形式。“包括”或“包含”的含义列举性质、区域、固定数量、步骤、工艺、元件和/或组件，但不排除其他性质、区域、固定数量、步骤、工艺、元件和/或组件。由于下面提供优选实施例，因此在说明书中给出的附图标记的顺序不限于此。此外，在说明书中，应当理解，当层(或膜)被称为在另一层或基板“上”时，该层可直接在另一层或基板上，或者也可存在中介层。
此外，将以截面图作为本发明的理想示例性示图描述在具体实施方式中的实施例。在附图中，为了清楚说明，夸大了层和区域的尺寸。因此，可根据制造技术和/或允许的误差来修改示例性示图的形状。因此，本发明构思的实施例不限于示例性示图中示出的特定的形状，而是可包括可根据制造工艺创造的其他形状。例如，在附图中示出的具有直角的蚀刻区域可具有圆形或者具有预定曲率的形状。在附图中示例的区域具有一般性质，并且用于示出半导体封装区域的特定形状。因此，这不应被解释为限制本发明的范围。
图1是示出根据本发明构思的实施例的芯片级原子钟的物理模块100的截面图。
参照图1，根据本发明构思的实施例的芯片级原子钟的物理模块100可包括封装壳体110、激光源120、蒸气单元130和检测器140。
封装壳体110可围绕激光源120、蒸气单元130和检测器140。封装壳体110可保护激光源120、蒸气单元130和检测器140免受外部环境的影响。
激光源120可设置在封装壳体110中的底部上。激光源120可将激光光束122提供到蒸气单元130。例如，激光源120可包括垂直腔面发射激光器(VCSEL)。激光光束122可具有大约895nm的波长。
蒸气单元130可设置在激光源120之上。蒸气单元130可接收激光光束122并且将透射光束137提供到检测器140。根据实施例，蒸气单元130可包括透明盒132、碱蒸气134和光学图案136。
透明盒132可将激光光束122传输到碱蒸气134。透明盒132可透射通过碱蒸气134传输的透射光束137。透明盒132可储存碱蒸气134。根据实施例，透明盒132可包括下基板131、上基板133和侧壁部135。
下基板131可是透明基板。例如，下基板131可包含玻璃和/或硅。上基板133可设置在下基板131之上。上基板133可以是与下基板131同样的透明基板。例如，上基板133可包含玻璃和/或硅。侧壁部135可设置在下基板131与上基板133之间。侧壁部135可在下基板131与上基板133之间密封碱蒸气134。例如，侧壁部135可包含玻璃和/或硅。
在透明盒132中可填充碱蒸气134。碱蒸气134可吸收激光光束122的一部分。激光光束122的一部分可通过碱蒸气134传输并且产生作为透射光束137。激光光束122和透射光束137中的每个可具有多个边带频谱。边带之间的频率差可对应于微波区域的波长。碱蒸气134可包含铯(Cs)或铷(Rb)。虽然未示出，但是碱蒸气134可与缓冲气体混合。缓冲气体可防止碱蒸气的基态的相干性通过与内壁部和侧壁部的碰撞而被破坏。例如，缓冲气体可包括氖(Ne)、氩(Ar)和氮(N2)。
光学图案136可设置在透明盒132的外壁上。可选地，光学图案136可设置在透明盒132中。根据实施例，光学图案可设置在下基板131上和/或下基板131下方。光学图案136可以使激光光束122偏振。例如，光学图案136可以使激光光束122圆偏振。根据实施例，光学图案136可利用具有大于上基板和下基板中的每个的折射率的折射率的材料制成。光学图案136可包含硅、氮化硅或氧化钛。光学图案136中的每个可具有小于典型的四分之一波片的厚度的厚度。光学图案中的每个可具有大约180nm的厚度。光学图案136可减小芯片级原子钟的物理模块100的体积。
图2是示出图1中的光学图案136和下基板131的示图。
参照图1和图2，光学图案136可包括条纹图案。条纹图案中的每个可用作光学谐振器。可选地，光学图案136可包括椭圆形图案。光学图案136可以使激光光束122偏振。根据实施例，激光光束122可通过谐振结构被圆偏振。例如，传输到光学图案136的激光光束122可具有根据其偏振方向延迟的相位。光学图案136可被设计为相对于彼此垂直的偏振方向产生大约90°的相位延迟。光学图案136中的每个可具有大约180nm的宽度和大约120nm的间隙。光学图案136可减小芯片级原子钟的物理模块100的功率消耗。
图3是示出作为通过图2中的光学图案136传输的激光光束122的波长的函数的彼此垂直的偏振光束之间的相位延迟的曲线图。
参照图3，彼此垂直的偏振光束之间的相位延迟可根据光学图案136中的每个的宽度变化。例如，在当光学图案136中的每个具有大约100nm的宽度时的情况下(10)，在大约895nm的波长处，光学图案136可将激光光束122的彼此垂直的偏振光束之间的相位延迟大约0.2π。在当光学图案136中的每个具有大约140nm的宽度时的情况下(20)，在大约895nm的波长处，光学图案136可将激光光束122的彼此垂直的偏振光束之间的相位延迟大约0.3π。在当光学图案136中的每个具有大约180nm的宽度时的情况下(30)，在大约895nm的波长处，光学图案136可将激光光束122的彼此垂直的偏振光束之间的相位延迟大约0.5π。也就是说，在大约895nm的波长处，均具有大约180nm的宽度的光学图案136可将激光光束122的彼此垂直的偏振光束之间的相位差延迟四分之一波长。激光光束122可以被圆偏振。圆偏振激光光束122可有效地泵入碱蒸气134而没有光束的偏振的变化。
再次参照图1，检测器140可检测圆偏振透射光束137。例如，检测器140可包括光电二极管。可选地，检测器140可包括电荷耦合器件(CCD)或CMOS传感器。
本发明的实施方式
图4是示出根据本发明构思的实施例的芯片级原子钟的物理模块100a的截面图。
参照图4，芯片级原子钟的物理模块100a可包括光学图案136a的下图案138和上图案139以及多个检测器140a。封装壳体110和激光源120可以以与图1相同的方式提供。
光学图案136a可设置在透明盒132的上部和下部中的每个上。光学图案136a可包含硅、氮化硅和氧化钛。根据实施例，光学图案136a可包括下图案138和上图案139。
下图案138可设置在透明盒132的下基板131的下方。下图案138可以是图2中的条纹图案。可选地，下图案138可以是椭圆形图案。下图案138可以使激光光束122圆偏振。激光光束122的偏振方向可以是以相同的方式具有垂直和水平分量的45°方向。可将偏振的激光光束122提供到碱蒸气134。碱蒸气134可产生具有改变的偏振方向的透射光束137a。
上图案139可设置在透明盒132的上基板133上。上图案139可改变透射光束137a的路径。根据实施例，上图案139可包括偏振分束器。上图案139可在偏振方向的基础上将透射光束137a分束。
图5是示出图4中的上图案139和上基板133的平面图。
参照图4和图5，上图案139可包括椭圆形图案。可选地，上图案139可包括条纹图案和/或线型图案。根据实施例，上图案139可包括椭圆柱形图案139a和圆柱形图案139b。在平面上，椭圆柱形图案139a可具有长轴152和短轴154。例如，长轴152可具有大约270nm的长度。短轴154可具有大约150nm的长度。椭圆柱形图案139a可包括具有在y方向上的长轴152的椭圆柱形图案和具有在x方向上的长轴152的椭圆柱形图案。相对于x方向，具有在y方向上的长轴152的椭圆柱形图案和具有在x方向上的长轴152的椭圆柱形图案可彼此相邻地设置。
椭圆柱形图案139a和圆柱形图案139b可在x方向上交替地设置。具有在y方向上的长轴152的椭圆柱形图案与圆柱形图案139b之间的距离可以和具有在x方向的长轴152的椭圆柱形图案与圆柱形图案139b之间的距离相同。在平面上，圆柱形图案139b中的每个可具有大约200nm的直径。
参照图4，出射光束137a可包括水平偏振光束162和垂直偏振光束164。水平偏振光束162和垂直偏振光束164可在蒸气单元130a与检测器140之间沿彼此不同的方向上行进。
图6是示出图4中的出射光束137a根据其偏振方向的行进方向的平面图。
参照图6，水平偏振光束162和垂直偏振光束164可行进至偏离蒸气单元130a的中心和/或检测器140的中心170的位置。根据实施例，水平偏振光束162和垂直偏振光束164可提供至相对于检测器140的中心170彼此相对的位置。
水平偏振光束162可具有相对于检测器140的中心170的大约180°的偏振角和大约30°的极角。垂直偏振光束164可具有相对于检测器140的中心170的大约0°的偏振角和大约30°的极角。因此，上图案139可代替典型的偏振分束器。
再次参照图4，上图案139中的每个可具有大约715nm的厚度。下图案138和上图案139可减小芯片级原子钟的物理模块100的体积。与典型的方法相比，下图案138和上图案139可减小芯片级原子钟的物理模块100的功率消耗。
参照图4和图6a和图6b，检测器140a可检测分束的出射光束137a。根据实施例，检测器140a可包括第一检测器142和第二检测器144。第一检测器142和第二检测器144可相对于中心170彼此面对。第一检测器142可检测水平偏振光束162。第二检测器144可检测垂直偏振光束164。控制单元可差分地放大水平偏振光束162的检测信号和垂直偏振光束164的检测信号，并获得相干布居囚禁的信号。
虽然已经描述了本发明的示例性实施例，但是应该理解，本发明不局限于这些示例性实施例，而是本领域普通技术人员可在所要求保护的本发明的精神和范围内作出各种改变和修改。因此，以上公开的实施例应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (15)
1.一种芯片级原子钟的物理模块，所述芯片级原子钟的物理模块包括：
壳体；
激光源，设置在所述壳体中并且产生激光光束；
蒸气单元，设置在所述激光源上方以利用所述激光光束产生透射光束；以及
检测器，设置在所述蒸气单元上方以检测所述透射光束，
其中，所述蒸气单元包括多个光学图案，所述多个光学图案被构造为使所述激光光束偏振。
2.根据权利要求1所述的芯片级原子钟的物理模块，其中，所述蒸气单元包括：
透明盒；以及
碱性气体，填充在所述透明盒中，并且
其中，所述光学图案设置在所述透明盒的外壁上或者设置在所述透明盒中。
3.根据权利要求2所述的芯片级原子钟的物理模块，其中，所述透明盒包括：
下基板；
上基板，在所述下基板之上；以及
侧壁部，被构造为在所述上基板与所述下基板之间密封所述碱性气体，并且
其中，所述光学图案利用与所述下基板和所述上基板中的每个的材料不同的材料制成。
4.根据权利要求3所述的芯片级原子钟的物理模块，其中，所述下基板和所述上基板中的每个包括玻璃，并且
其中，所述光学图案中的每个包括硅、氮化硅或氧化钛。
5.根据权利要求3所述的芯片级原子钟的物理模块，其中，所述光学图案包括设置在所述下基板上的条纹图案。
6.根据权利要求5所述的芯片级原子钟的物理模块，其中，所述条纹图案中的每个具有120nm的宽度，并且所述条纹图案彼此间隔80nm。
7.根据权利要求5所述的芯片级原子钟的物理模块，其中，所述条纹图案中的每个具有180nm的厚度。
8.根据权利要求3所述的芯片级原子钟的物理模块，其中，所述光学图案包括：
下图案，设置在所述下基板下方；以及
上图案，设置在所述上基板上。
9.根据权利要求8所述的芯片级原子钟的物理模块，其中，所述下图案包括条纹图案。
10.根据权利要求8所述的芯片级原子钟的物理模块，其中，所述上图案包括椭圆形图案。
11.根据权利要求10所述的芯片级原子钟的物理模块，其中，所述椭圆形图案包括椭圆柱形图案和圆柱形图案。
12.根据权利要求11所述的芯片级原子钟的物理模块，其中，所述椭圆柱形图案包括：
具有在第一方向上的长轴的椭圆柱形图案；以及
具有在与所述第一方向交叉的第二方向上的长轴的椭圆柱形图案。
13.根据权利要求12所述的芯片级原子钟的物理模块，其中，具有在所述第一方向上的长轴的椭圆柱形图案和具有在所述第二方向上的长轴的椭圆柱形图案彼此相邻地设置，并且
具有在所述第一方向上的长轴的椭圆柱形图案和具有在所述第二方向上的长轴的椭圆柱形图案在所述第一方向上交替地设置。
14.根据权利要求11所述的芯片级原子钟的物理模块，其中，所述椭圆柱形图案中的每个具有150nm的短轴和270nm的长轴。
15.根据权利要求8所述的芯片级原子钟的物理模块，其中，所述上图案中的每个具有715nm的厚度。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2017-0000424 | 2017-01-02 | ||
| KR1020170000424A KR101852338B1 (ko) | 2017-01-02 | 2017-01-02 | 칩 스케일 원자시계의 물리적 모듈 |
| PCT/KR2017/000339 WO2018124361A1 (ko) | 2017-01-02 | 2017-01-10 | 칩 스케일 원자시계의 물리적 모듈 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110383184A true CN110383184A (zh) | 2019-10-25 |
Family
ID=62081674
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201780087808.XA Withdrawn CN110383184A (zh) | 2017-01-02 | 2017-01-10 | 芯片级原子钟的物理模块 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10838369B2 (zh) |
| EP (1) | EP3564759B1 (zh) |
| KR (1) | KR101852338B1 (zh) |
| CN (1) | CN110383184A (zh) |
| WO (1) | WO2018124361A1 (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11204378B2 (en) * | 2019-12-30 | 2021-12-21 | Texas Instruments Incorporated | Background suppression for MM-wave spectroscopy |
| KR102289703B1 (ko) * | 2019-12-31 | 2021-08-17 | 한국과학기술원 | 칩 스케일 원자시계 |
| KR102411412B1 (ko) * | 2020-08-13 | 2022-06-22 | 덕산넵코어스 주식회사 | 원자시계 레이저 보정 제어 장치 및 방법 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102830608A (zh) * | 2011-06-13 | 2012-12-19 | 霍尼韦尔国际公司 | 蒸气室原子钟物理封装 |
| US20130043956A1 (en) * | 2011-08-15 | 2013-02-21 | Honeywell International Inc. | Systems and methods for a nanofabricated optical circular polarizer |
| CN103856215A (zh) * | 2014-03-03 | 2014-06-11 | 苏州大学 | 一种低功耗芯片级原子钟物理封装装置 |
| CN103995458A (zh) * | 2013-02-14 | 2014-08-20 | 株式会社理光 | 原子振荡器、检测相干布居俘获共振的方法和磁传感器 |
| CN105242521A (zh) * | 2015-11-13 | 2016-01-13 | 中国科学院武汉物理与数学研究所 | 一种实现微型cpt原子钟物理系统的装置及方法 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6265945B1 (en) | 1999-10-25 | 2001-07-24 | Kernco, Inc. | Atomic frequency standard based upon coherent population trapping |
| KR100392254B1 (ko) | 2000-12-05 | 2003-07-23 | 한국전자통신연구원 | 박막 인덕터 제작방법 |
| WO2006036268A2 (en) * | 2004-07-16 | 2006-04-06 | Sarnoff Corporation | Chip-scale atomic clock (csac) and method for making same |
| JP4605508B2 (ja) * | 2005-12-28 | 2011-01-05 | セイコーエプソン株式会社 | 原子周波数取得装置および原子時計 |
| KR100764300B1 (ko) | 2006-02-02 | 2007-10-05 | 엘에스전선 주식회사 | 연성금속 적층판 및 그 제조방법 |
| US7468637B2 (en) * | 2006-04-19 | 2008-12-23 | Sarnoff Corporation | Batch-fabricated, RF-interrogated, end transition, chip-scale atomic clock |
| US8242851B2 (en) * | 2010-02-04 | 2012-08-14 | Honeywell International Inc. | Processes for stabilizing a VCSEL in a chip-scale atomic clock |
| FR2996962B1 (fr) * | 2012-10-12 | 2016-01-01 | Centre Nat Rech Scient | Cellule a vapeur alcaline notamment pour horloge atomique et procede de fabrication. |
| CN103955129A (zh) * | 2014-04-10 | 2014-07-30 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 具有双反射镜的微型原子气体腔器件及其制造方法 |
| US20160022761A1 (en) | 2014-07-23 | 2016-01-28 | Samuel C. Wagner | Derepression of immunity in oncological and virological conditions by high mobility group box 1 derived peptides |
| US9507064B2 (en) | 2014-07-27 | 2016-11-29 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Dielectric metasurface optical elements |
| JP2017527857A (ja) | 2014-09-15 | 2017-09-21 | カリフォルニア インスティチュート オブ テクノロジー | 平面デバイスを用いた偏光および波面の同時制御 |
| CN105467821B (zh) * | 2015-12-01 | 2018-04-06 | 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 |
| JP2017183377A (ja) * | 2016-03-29 | 2017-10-05 | セイコーエプソン株式会社 | 量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体 |
-
2017
- 2017-01-02 KR KR1020170000424A patent/KR101852338B1/ko active IP Right Grant
- 2017-01-10 EP EP17887502.7A patent/EP3564759B1/en active Active
- 2017-01-10 WO PCT/KR2017/000339 patent/WO2018124361A1/ko active Application Filing
- 2017-01-10 US US16/475,210 patent/US10838369B2/en active Active
- 2017-01-10 CN CN201780087808.XA patent/CN110383184A/zh not_active Withdrawn
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102830608A (zh) * | 2011-06-13 | 2012-12-19 | 霍尼韦尔国际公司 | 蒸气室原子钟物理封装 |
| US20130043956A1 (en) * | 2011-08-15 | 2013-02-21 | Honeywell International Inc. | Systems and methods for a nanofabricated optical circular polarizer |
| CN103995458A (zh) * | 2013-02-14 | 2014-08-20 | 株式会社理光 | 原子振荡器、检测相干布居俘获共振的方法和磁传感器 |
| CN103856215A (zh) * | 2014-03-03 | 2014-06-11 | 苏州大学 | 一种低功耗芯片级原子钟物理封装装置 |
| CN105242521A (zh) * | 2015-11-13 | 2016-01-13 | 中国科学院武汉物理与数学研究所 | 一种实现微型cpt原子钟物理系统的装置及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3564759A1 (en) | 2019-11-06 |
| KR101852338B1 (ko) | 2018-04-27 |
| EP3564759B1 (en) | 2022-12-07 |
| US20190346815A1 (en) | 2019-11-14 |
| US10838369B2 (en) | 2020-11-17 |
| EP3564759A4 (en) | 2020-08-12 |
| WO2018124361A1 (ko) | 2018-07-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110383184A (zh) | 芯片级原子钟的物理模块 | |
| JP6031787B2 (ja) | 原子発振器の製造方法 | |
| US9673830B2 (en) | Atomic cell, manufacturing method for atomic cell, quantum interference device, atomic oscillator, electronic apparatus, and moving object | |
| US10665735B2 (en) | Micro-fabricated atomic clock structure and method of forming the atomic clock structure | |
| US9465960B2 (en) | Physics-based authentication | |
| JP4605508B2 (ja) | 原子周波数取得装置および原子時計 | |
| CN107024667A (zh) | 磁力测量装置及其制造方法以及气室及其制造方法 | |
| CN105306054A (zh) | 原子室、量子干涉装置、原子振荡器、电子设备和移动体 | |
| CN106066459A (zh) | 磁测量装置及其制造方法、气室以及气室的制造方法 | |
| US20040084395A1 (en) | MEMS frequency standard for devices such as atomic clock | |
| CN106059580A (zh) | 原子室及其制造方法、量子干涉装置、原子振荡器、电子设备和移动体 | |
| JP6476751B2 (ja) | 原子セルの製造方法、原子セル、量子干渉装置、原子発振器および電子機器 | |
| US9755654B2 (en) | Atomic cell, quantum interference device, atomic oscillator, electronic device and moving object | |
| JP6484922B2 (ja) | 原子セル、量子干渉装置、原子発振器および電子機器 | |
| CN104466647B (zh) | 拓扑绝缘体可饱和吸收镜及其制备方法 | |
| JP2016081987A (ja) | 原子セル、原子セルの製造方法、量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体 | |
| JP6217261B2 (ja) | 原子セルの製造方法 | |
| JP6682885B2 (ja) | 量子干渉装置、原子発振器、および電子機器 | |
| CN105306055A (zh) | 原子共振跃迁装置、原子振荡器、电子设备以及移动体 | |
| Guo et al. | Wafer-level filling of mems vapor cells based on chemical reaction and evaporation | |
| JP2020113616A (ja) | 量子光学装置 | |
| JP6447678B2 (ja) | 原子セルの製造方法、原子セル、量子干渉装置、原子発振器および電子機器 | |
| US9864340B2 (en) | Caesium atomic micro-clock microcell buffer gas mixture | |
| JP2016081998A (ja) | 量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体 | |
| JP2020120069A (ja) | 量子光学装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20191025 |
|
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |