CN110928173B - 减小喷泉钟频率偏移不确定度的调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种减小喷泉钟频率偏移不确定度的调节装置，包括：微波谐振器、微波发生器、冷原子发生器和控制器；谐振器设置有四个波导块，每个波导块有波导副腔，谐振器中点为原点，谐振器腔轴为z轴，一对波导块对称设置且位于y轴方向，另一对对称设置且位于x轴方向；微波发生器向波导副腔馈入第一微波信号，以使谐振器形成微波场；冷原子发生器向谐振器上抛冷原子；控制器根据冷原子在微波场中的腔相位差频移，确定第一角度值和第二角度值，第一角度值为谐振器在y轴和z轴构成平面上以原点为中心需旋转的角度，第二角度值为在x轴和z轴构成平面上以原点为中心需旋转角度。本方案能够减小腔相位差频移，进而减小喷泉钟频率偏移不确定度。

Description

减小喷泉钟频率偏移不确定度的调节装置

技术领域

本发明涉及原子频率标准技术领域，尤其涉及一种减小喷泉钟频率偏移不确定度的调节装置。

背景技术

冷原子喷泉钟作为一种时间频率基准装置，其输出的原子频率标准信号具有超高的长期频率稳定度,频率复现性和频率不确定度，因此，在授时和卫星导航定位方面发挥着决定性作用。冷原子喷泉钟装置，包括物理真空、激光-光学和微波-电控三部分，其中，微波谐振器是物理真空部分的核心部件。

现有技术中，在冷原子喷泉钟运行时，需要微波谐振器的腔轴与物理真空部分的水平面铅垂线方向完全重合。现有的冷原子喷泉钟装置中采用的是两端口对称微波谐振器，其能够在对称的两端口方向上来调斜微波谐振器，以使得在该方向上微波谐振器腔轴线方向与物理系统水平面铅垂线方向间的偏离度接近为零，从而减小该方向上的腔相位差频移。

但是现有技术中，采用两端口的微波谐振器虽然能够在两端口方向上调斜微波谐振器，但是仍不能保证微波谐振器腔轴线方向与物理真空部分水平面铅垂线方向完全重合，致使仍然存在较大的腔相位差频移，从而增加喷泉钟频率偏移不确定度。

发明内容

本发明提供一种减小喷泉钟频率偏移不确定度的调节装置，以减小腔相位差频移，进而减小喷泉钟频率偏移不确定度。

本发明提供一种减小喷泉钟频率偏移不确定度的调节装置，包括：

微波谐振器、微波发生器、冷原子发生器和控制器；

所述微波谐振器的外壁上设置有四个波导块，其中，每一个所述波导块中设置有波导副腔，所述微波谐振器的中点为坐标系的原点，所述坐标系的z轴为所述微波谐振器的腔轴，所述四个波导块中一对波导块对称设置在所述微波谐振器上，且所述一对波导块位于所述坐标系的y轴方向上，所述四个波导块中另一对波导块对称设置在所述微波谐振器上，且所述另一对波导块位于所述坐标系的x轴方向上；

所述微波发生器的四路微波链路中的至少一路微波链路分别与一个所述波导块相连；所述冷原子发生器位于所述微波谐振器的下方；

所述微波发生器，用于向所述波导块的波导副腔中馈入第一微波信号，以使所述微波谐振器形成微波场；

所述冷原子发生器，用于向所述微波谐振器上抛冷原子，以使所述冷原子在所述微波场中上抛下落运动；

所述控制器，用于根据所述冷原子在所述微波场中产生的腔相位差频移，确定第一角度值和第二角度值，其中，所述第一角度值为所述微波谐振器在所述y轴和所述z轴构成的平面上、以原点为中心所需旋转的角度，所述第二角度值为所述微波谐振器在所述x轴和所述z轴构成的平面上、以原点为中心所需旋转的角度。

进一步地，所述微波谐振器，包括：中空状的主腔体、上端盖和下端盖；

所述四个波导块设置在所述主腔体的侧面上，每一个所述波导块与所述主腔体连通；

所述主腔体的顶端设置有第一开口，所述上端盖通过所述第一开口与所述主腔体的顶部固定连接；所述主腔体的底端设置有第二开口，所述下端盖通过所述第二开口与所述主腔体的底部固定连接；

所述上端盖、所述主腔体和所述下端盖之间形成有位于上部的微波截止波导、位于中部的谐振主腔和位于下部的微波截止波导；

每一个所述波导块的第一侧面设置有波导端盖。

进一步地，每一个所述波导块的第二侧面上开设有馈入孔；

与波导块对应的微波链路与探针连接，所述探针通过所述馈入孔穿入所述波导块的波导副腔中。

进一步地，所述上端盖包括第一面板和第一凸起，所述第一面板和所述第一凸起固定连接，所述第一凸起插入所述第一开口中；所述第一面板上围绕所述第一凸起设置有第一铟丝槽口，所述第一铟丝槽口内具有铟丝；

所述下端盖包括第二面板和第二凸起，所述第二面板和所述第二凸起固定连接，所述第二凸起插入所述第二开口中；所述第二面板上围绕所述第二凸起设置有第二铟丝槽口，所述第二铟丝槽口内具有铟丝；

每一个所述波导端盖包括第三面板和第三凸起，所述第三面板和所述第三凸起固定连接，所述第三凸起插入与波导端盖对应的波导块中；所述第三面板上围绕所述第三凸起设置有第三铟丝槽口，所述第三铟丝槽口内具有铟丝。

进一步地，每一个所述波导块与所述主腔体连接的连接面上开设有耦合孔，所述波导块的波导副腔通过所述连接面上的耦合孔与所述主腔体的谐振主腔连通。

进一步地，所述微波发生器，包括：频率振荡源、第一微波衰减器、微波功分器、第一路微波链路、第二路微波链路、第三路微波链路和第四路微波链路；

所述第一微波衰减器连接在所述频率振荡源与所述微波功分器之间；

所述第一路微波链路包括依次串联的第二微波衰减器、第一微波移相器和第一微波开关，所述第二微波衰减器与所述微波功分器连接；

所述第二路微波链路包括依次串联的第三微波衰减器、第二微波移相器和第二微波开关，所述第三微波衰减器与所述微波功分器连接；

所述第三路微波链路包括依次串联的第四微波衰减器、第三微波移相器和第三微波开关，所述第四微波衰减器与所述微波功分器连接；

所述第四路微波链路包括依次串联的第五微波衰减器和第四微波开关，所述第五微波衰减器与所述微波功分器连接；

所述频率振荡源，用于向所述第一微波衰减器输出第二微波信号；

所述第一微波衰减器，用于对所述第二微波信号进行衰减处理，得到衰减后的第二微波信号，并将所述衰减后的第二微波信号输出给所述微波功分器；

所述微波功分器，用于将所述衰减后的第二微波信号分为四路功率相等的所述第一微波信号。

进一步地，所述控制器和所述微波发生器电连接；所述四个波导块包括第一波导块、第二波导块、第三波导块和第四波导块；

所述控制器，还用于控制所述第四微波开关闭合，检测所述冷原子的第一跃迁几率，并根据所述第一跃迁几率将所述第一微波衰减器调节至第一衰减值；

所述控制器，还用于控制所述第四微波开关断开，且所述第一微波开关闭合，检测所述冷原子的第二跃迁几率，并根据所述第二跃迁几率将所述第二微波衰减器调节至第二衰减值；

所述控制器，具体用于在所述微波谐振器处于每一个第三角度值下，控制所述第二微波开关和所述第三微波开关断开，且控制所述第一微波开关和所述第四微波开关交替闭合，获取每一个第三角度值下所述冷原子的腔相位差频移；根据每一个第三角度值下所述冷原子的腔相位差频移，生成第三角度值与第三角度值下所述冷原子的腔相位差频移之间的第一关系曲线；确定所述第一关系曲线中腔相位差频移为0时的角度值为所述第一角度值；其中，所述第三角度值为所述微波谐振器在所述y轴和所述z轴构成的平面上以原点为中心旋转之后得到的角度值；第一微波链路中的第一微波开关与所述第一波导块相连，第二微波链路中的第二微波开关与所述第二波导块相连，第三微波链路中的第三微波开关与所述第三波导块相连，第四微波链路中的第四微波开关与所述第四波导块相连；

所述控制器，还具体用于在所述微波谐振器处于每一个第四角度值下，控制所述第二微波开关和所述第三微波开关断开，且控制所述第一微波开关和所述第四微波开关交替闭合，获取每一个第四角度值下所述冷原子的腔相位差频移，生成第四角度值与第四角度值下所述冷原子的腔相位差频移之间的第二关系曲线，确定所述第二关系曲线中腔相位差频移为0时的角度值为所述第二角度值；其中，所述第四角度值为所述微波谐振器在所述x轴和所述z轴构成的平面上以原点为中心旋转之后得到的角度值；所述第一微波链路中的第一微波开关与所述第三波导块连接，所述第四微波链路中的第四微波开关与所述第二波导块连接。

进一步地，所述控制器，还用于在所述微波谐振器位于所述第一角度值和所述第二角度值的时候，控制所述第四微波开关和所述第一微波开关交替闭合，确定冷原子喷泉钟输出的第一平均频率；其中，所述第一微波链路中的第一微波开关与所述第三波导块连接，所述第四微波链路中的第四微波开关与所述第二波导块连接；

所述控制器，还用于控制所述第四微波开关和所述第一微波开关交替闭合，确定所述冷原子喷泉钟输出的第二平均频率；其中，所述第一微波链路中的第一微波开关与所述第一波导块连接，所述第四微波链路中的第四微波开关与所述第四波导块连接。

进一步地，所述控制器，还用于控制所述第四微波开关闭合，检测所述冷原子的第三跃迁几率，并根据所述第三跃迁几率将所述第一微波衰减器调节至第三衰减值；控制所述第四微波开关断开且所述第三微波开关闭合，检测所述冷原子的第四跃迁几率，并根据所述第四跃迁几率将所述第四微波衰减器调节至第四衰减值；控制所述第三微波开关断开且所述第二微波开关闭合，检测所述冷原子的第五跃迁几率，并根据所述第五跃迁几率将所述第三微波衰减器调节至第五衰减值；控制所述第二微波开关断开且所述第一微波开关闭合，检测所述冷原子的第六跃迁几率，并根据所述第六跃迁几率将所述第二微波衰减器调节至第六衰减值；将所述第一微波衰减器调节至第七衰减值；

所述控制器，还用于控制所述第一微波开关断开、所述第三微波开关闭合和所述第四微波开关闭合，检测所述冷原子的第七跃迁几率，并根据所述冷原子的第七跃迁几率将所述第三微波移相器调节至第一相位值；控制所述第三微波开关断开、所述第二微波开关闭合和所述第四微波开关闭合，检测所述冷原子的第八跃迁几率，并根据所述冷原子的第八跃迁几率将所述第二微波移相器调节至第二相位值；控制所述第二微波开关断开、所述第一微波开关闭合和所述第四微波开关闭合，检测所述冷原子的第九跃迁几率，并根据所述第九跃迁几率将所述第一微波移相器调节至第三相位值；

其中，第一微波链路中的第一微波开关与所述第一波导块相连，第二微波链路中的第二微波开关与所述第二波导块相连，第三微波链路中的第三微波开关与所述第三波导块相连，第四微波链路中的第四微波开关与所述第四波导块相连。

进一步地，所述控制器，还用于在所述微波谐振器位于第五角度值时，控制所述第二微波开关闭合和所述第三微波开关闭合，调节所述第四微波衰减器为不同的第八衰减值；在每一个第八衰减值下，获取所述冷原子喷泉钟输出的第一钟频率；确定每一个第一钟频率与所述第一平均频率之间的第一差值，并生成第一差值与第八衰减值之间的第三关系曲线，确定所述第三关系曲线中第一差值为0时的第九衰减值；将所述第四微波衰减器调节至所述第九衰减值；调节所述第一微波衰减器为不同的第十衰减值；在每一个第十衰减值下，检测所述冷原子的第十跃迁几率，并根据所述冷原子的第十跃迁几率将所述第一微波衰减器调节至第十一衰减值；其中，所述第五角度值为所述微波谐振器在所述x轴和所述z轴构成的平面上，以原点为中心旋转之后的角度值；

所述控制器，还用于在所述微波谐振器位于第六角度值时，控制所述第二微波开关断开、所述第三微波开关断开、所述第一微波开关闭合、所述第四微波开关闭合，调节所述第五微波衰减器的衰减值为不同的第十二衰减值；在每一个第十二衰减值下，获取所述冷原子喷泉钟在每一个第十二衰减值下输出的第二钟频率，确定每一个第二钟频率与所述第二平均频率之间的第二差值，并生成第二差值与第十二衰减值之间的第四关系曲线，确定所述第四关系曲线中第二差值为0时的第十三衰减值；将所述第五微波衰减器的值调节至所述第十三衰减值；其中，所述第六角度值为所述微波谐振器在所述y轴和所述z轴构成的平面上，以原点为中心旋转之后的角度值。

本发明提供了一种减小喷泉钟频率偏移不确定度的调节装置，该装置包括有：微波谐振器、微波发生器、冷原子发生器和控制器，其中，微波谐振器的外壁上设置有四个波导块，以微波谐振器的中点为坐标系的原点，微波谐振器的腔轴为坐标系的z轴，这四个波导块中的一对波导块对称设置在微波谐振器上，且位于坐标系的y轴方向上，另一对波导块也对称设置在微波谐振器上，且位于坐标系的x轴方向上，通过微波发生器的四路微波链路中的至少一路微波链路向微波谐振器馈入第一微波信号，以在微波谐振器中形成微波场，冷原子发生器在向微波谐振器输入冷原子后，冷原子可在微波场中进行上抛和下落运动，这时，控制器可根据冷原子在微波谐振器运动时产生的腔相位差频移，确定微波谐振器在y轴和所述z轴构成的平面上、以原点为中心所需旋转的第一角度值，也即，微波谐振器在其中一对对称设置的波导块方向上所需调节的第一角度值，以及确定微波谐振器在x轴和所述z轴构成的平面上、以原点为中心所需旋转的第二角度值，也即，微波谐振器在其中另一对对称设置的波导块方向上所需调节的第二角度值，这样，通过本方案可实现在两对端口方向上来调斜微波谐振器，从而能够保证微波谐振器腔轴线方向与物理真空部分水平面铅垂线方向完全重合，从而将大大减小腔相位差频移，进而减小喷泉钟频率偏移不确定度。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1为本发明实施例一提供的减小喷泉钟频率偏移不确定度的调节装置的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的减小喷泉钟频率偏移不确定度的调节装置中微波谐振器的结构示意图；

图3为本发明实施例二提供的减小喷泉钟频率偏移不确定度的调节装置中微波谐振器的爆炸图；

图4为本发明实施例二提供的减小喷泉钟频率偏移不确定度的调节装置中微波谐振器的剖视图；

图5为本发明实施例二提供的减小喷泉钟频率偏移不确定度的调节装置中主腔体的结构示意图；

图6为本发明实施例二提供的减小喷泉钟频率偏移不确定度的调节装置中波导端盖的结构示意图；

图7为本发明实施例二提供的减小喷泉钟频率偏移不确定度的调节装置中上端盖的结构示意图；

图8为本发明实施例二提供的减小喷泉钟频率偏移不确定度的调节装置中下端盖的结构示意图；

图9为本发明实施例三提供的减小喷泉钟频率偏移不确定度的调节装置中微波发生器和微波谐振器的结构示意图。

附图标记：

101-微波谐振器 102-微波发生器 103-冷原子发生器

104-控制器 1-主腔体 2-上端盖

3-下端盖 4-波导端盖 5-谐振主腔

6-波导副腔 7-微波截止波导 1a-馈入孔

1b-耦合孔 1e-同轴线探针固定座 1A-主腔体的底面

1B-主腔体的顶面 1C-波导端盖的第一侧面 1D-连接面

2a-第一铟丝槽口 2B-第一面板 2A-上端盖底面

3a-第二铟丝槽口 3B-第二面板 3A-下端盖顶面

4a-第三铟丝槽口 4B-第三面板 4A-内侧端面

μF-频率振荡源 A-第一微波衰减器 S-微波功分器

A_6b-第二微波衰减器 P_6b-第一微波移相器 S_6b-第一微波开关

A_6a-第三微波衰减器 P_6a-第二微波移相器 S_6a-第二微波开关

A_6c-第四微波衰减器 P_6c-第三微波移相器 S_6c-第三微波开关

A_6d-第五微波衰减器 S_6d-第四微波开关 6b-第一波导块

6a-第二波导块 6c-第三波导块 6d-第四波导块

U-冷原子

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，由于微波谐振器的导体腔壁和馈入端口的损耗，微波谐振器的腔中形成的驻波场会叠加一些微弱的行波成分，这些行波成分使得腔在横向方向存在着相位梯度变化。当原子云在上抛和下落过程中与微波谐振器提供的微波场两次作用时，一般而言，由于原子的残余横向运动(冷原子的速度不会降至绝对静止)，以及不完美的垂直上抛方向，一个原子不可能在这两次作用过程中通过微波谐振器的同一位置，假设原子云上抛方向沿物理真空部分水平面铅垂线方向，如果微波谐振器腔轴方向与物理真空部分水平面铅垂线方向完全重合，则下落的包含数以万计原子的原子云是按统计学理论近似均匀分布在腔轴周围，尽管单个原子与原子之间由于在横向所处位置不同存在着腔相位差，但对于整个原子云来说，这些数以万计的原子感受到的总的平均腔相位差接近为0，即腔相位差接近为0。然而，在冷原子喷泉钟装置的实际装调过程中，难以保证微波谐振器的腔轴线方向与物理真空部分水平面铅垂线方向完全重合，当两者不重合时，原子云在下落过程中数以万计的原子并不是均匀分布在腔轴线周围，此时原子云感受到的总的平均腔相位差并不接近为零，即产生一定的腔相位差频移，其中，腔相位差频移的大小由微波谐振器腔轴线方向与物理真空部分水平面铅垂线方向间的偏离度决定，且呈正比关系。

图1为本发明实施例一提供的一种减小喷泉钟频率偏移不确定度的调节装置的结构示意图，如图1所示，包括：

微波谐振器101、微波发生器102、冷原子发生器103和控制器104；

所述微波谐振器101的外壁上设置有四个波导块，其中，每一个所述波导块中设置有波导副腔，所述微波谐振器101的中点为坐标系的原点，所述坐标系的z轴为所述微波谐振器101的腔轴，所述四个波导块中一对波导块对称设置在所述微波谐振器101上，且所述一对波导块位于所述坐标系的y轴方向上，所述四个波导块中另一对波导块对称设置在所述微波谐振器101上，且所述另一对波导块位于所述坐标系的x轴方向上；

所述微波发生器102的四路微波链路中的至少一路微波链路分别与一个所述波导块相连；所述冷原子发生器103位于所述微波谐振器101的下方；

所述微波发生器102，用于向所述波导块的波导副腔内馈入第一微波信号，以使所述微波谐振器101形成微波场；

所述冷原子发生器103，用于向所述微波谐振器101上抛冷原子，以使所述冷原子在所述微波场中进行上抛下落运动；

所述控制器104，用于根据所述冷原子在所述微波场中产生的腔相位差频移，确定第一角度值和第二角度值，其中，所述第一角度值为所述微波谐振器101在所述y轴和所述z轴构成的平面上、以原点为中心所需旋转的角度，所述第二角度值为所述微波谐振器101在所述x轴和所述z轴构成的平面上、以原点为中心所需旋转的角度。

在本实施例中，微波谐振器101外壁上设置的四个波导块关于微波谐振器101呈中心对称，径向分布，四个波导块均是采用无磁材料制作而成，四个波导块可呈长方体状、正方体状等规则形状，也可设计为不规则形状。冷原子发生器103所包括的六束激光向微波谐振器101上抛冷原子。微波发生器102包括有四路微波链路，可根据具体的调节过程，选择其中至少一路微波链路向波导块的波导副腔中馈入第一微波信号。控制器104中所包括的其它一束光，可用来探测冷原子在微波场中产生的腔相位差频移。冷原子可以为铯原子、铷原子等金属原子。

具体的，微波发生器102通过至少一路微波链路向微波谐振器101馈入第一微波信号，在微波谐振器101中形成微波场，当冷原子发生器103向微波谐振器101输入冷原子之后，冷原子将在微波谐振器101中做上抛和下落运动，并在上抛和下落的过程中与微波场作用两次，与微波场作用的过程中将会产生腔相位差频移，控制器104探测到冷原子的腔相位差频移，可根据探测到的腔相位差频移确定出微波谐振器101需在y轴和所述z轴构成的平面上、以原点为中心所需旋转的第一角度值，也即，微波谐振器101在其中一对对称设置的波导块方向上所需调节的第一角度值，以及确定出微波谐振器101在x轴和所述z轴构成的平面上、以原点为中心所需旋转的第二角度值，也即，微波谐振器在其中另一对对称设置的波导块方向上所需调节的第二角度值，然后可依据这两个角度值，来对微波谐振器101进行调节，以使得微波谐振器101腔轴线方向和物理真空部分水平面铅垂线方向完全重合。

本发明提供了一种减小喷泉钟频率偏移不确定度的调节装置，该装置包括有：微波谐振器101、微波发生器102、冷原子发生器103和控制器104，其中，微波谐振器101的外壁上设置有四个波导块，以微波谐振器101的中点为坐标系的原点，微波谐振器101的腔轴为坐标系的z轴，这四个波导块中的一对波导块对称设置在微波谐振器101上，且位于坐标系的y轴方向上，另一对波导块也对称设置在微波谐振器101上，且位于坐标系的x轴方向上，通过微波发生器102的四路微波链路中的至少一路微波链路向微波谐振器101馈入第一微波信号，以在微波谐振器101中形成微波场，冷原子发生器103在向微波谐振器101输入冷原子后，冷原子可在微波场中进行上抛和下落运动，这时，控制器104可根据冷原子在微波谐振器101运动时产生的腔相位差频移，确定微波谐振器101在y轴和所述z轴构成的平面上、以原点为中心所需旋转的第一角度值，也即，微波谐振器101在其中一对对称设置的波导块方向上所需调节的第一角度值，以及确定微波谐振器101在x轴和所述z轴构成的平面上、以原点为中心所需旋转的第二角度值，也即，微波谐振器101在其中另一对对称设置的波导块方向上所需调节的第二角度值，这样，通过本方案可实现在两对端口方向上来调斜微波谐振器101，从而能够保证微波谐振器腔轴线方向与物理真空部分水平面铅垂线方向完全重合，从而将大大减小腔相位差频移，进而减小喷泉钟频率偏移不确定度的。

图2为本发明实施例二提供的一种减小喷泉钟频率偏移不确定度的调节装置中微波谐振器的结构示意图，图3为本发明实施例二提供的一种减小喷泉钟频率偏移不确定度的调节装置中微波谐振器的爆炸视图，图4为本发明实施例二提供的一种减小喷泉钟频率偏移不确定度的调节装置中微波谐振器的剖视图，图5为本发明实施例二提供的一种减小喷泉钟频率偏移不确定度的调节装置中主腔体的结构示意图，图6为本发明实施例二提供的一种减小喷泉钟频率偏移不确定度的调节装置中波导端盖的结构示意图，图7为本发明实施例二提供的一种减小喷泉钟频率偏移不确定度的调节装置中上端盖的结构示意图，图8为本发明实施例二提供的一种减小喷泉钟频率偏移不确定度的调节装置中下端盖的结构示意图。在上述实施例的基础上，如图2-图8所示，

所述微波谐振器101，包括：中空状的主腔体1、上端盖2和下端盖3；

所述四个波导块设置在所述主腔体1的侧面上，每一个所述波导块与所述主腔体1连通；

所述主腔体1的顶端设置有第一开口，所述上端盖2通过所述第一开口与所述主腔体1的顶部固定连接；所述主腔体1的底端设置有第二开口，所述下端盖3通过所述第二开口与所述主腔体1的底部固定连接；

所述上端盖2、所述主腔体1和所述下端盖3之间形成有位于上部的微波截止波导7、位于中部的谐振主腔5和位于下部的微波截止波导7；

每一个所述波导块的第一侧面1C设置有波导端盖4。

进一步地，每一个所述波导块的第二侧面上开设有馈入孔1a；

与波导块对应的微波链路与探针连接，所述探针通过所述馈入孔1a穿入所述波导块的波导副腔6中。

进一步地，所述上端盖2包括第一面板2B和第一凸起，所述第一面板2B和所述第一凸起固定连接，所述第一凸起插入所述第一开口中；所述第一面板2B上围绕所述第一凸起设置有第一铟丝槽口2a，所述第一铟丝槽口2a内具有铟丝；

所述下端盖3包括第二面板3B和第二凸起，所述第二面板3B和所述第二凸起固定连接，所述第二凸起插入所述第二开口中；所述第二面板3B上围绕所述第二凸起设置有第二铟丝槽口3a，所述第二铟丝槽口3a内具有铟丝；

每一个所述波导端盖包括第三面板4B和第三凸起，所述第三面板4B和所述第三凸起固定连接，所述第三凸起插入与波导端盖对应的波导块中；所述第三面板4B上围绕所述第三凸起设置有第三铟丝槽口4a，所述第三铟丝槽口4a内具有铟丝。

进一步地，每一个所述波导块与所述主腔体1连接的连接面1D上开设有耦合孔1b，所述波导块的波导副腔6通过所述连接面1D上的耦合孔1b与所述主腔体1的谐振主腔5连通。

在本实施例中，主腔体1、上端盖2、下端盖3和波导端盖4可由无氧铜、钛等无磁金属材料制成，而且，各部分的形状可根据实际需求进行设计，例如，主腔体1可以设计为圆柱状等规则形状，也可设计为不规则形状，波导端盖4可以设计为长方体状、正方体状等等。四个波导块可通过无磁螺钉固定或焊接等方式设置在主腔体1的侧面上。上端盖2和下端盖3可通过无磁螺钉固定在主腔体1上，波导端盖4可通过无磁螺钉固定在波导块上，其中，使用无磁螺钉可避免引入磁场，进而避免影响所提供量子轴磁场的均匀性。

另外，开设馈入孔1a的第二侧面可根据实际需求进行选择，例如，如图5所示，第二侧面为波导块的右侧宽壁面，该右侧宽壁面上固定设置有同轴线探针固定座1e，馈入孔1a位于右侧宽壁面的短边中线上，且当波导端盖4固定设置在波导块上时，馈入孔1a距离波导端盖4的内侧端面4A的距离可λ/4，其中，λ为原子基态两个超精细能级之间跃迁所辐射的电磁波在真空中的波长。无磁同轴电缆制作的同轴线探针固定于同轴线探针固定座1e上，且穿过馈入孔1a，其伸入波导副腔6内的探针长度为λ/8。如图5所示，波导块和主腔体1连接的连接面1D的面心处开设有耦合孔1b，通过耦合孔1b，可以连通波导副腔6和谐振主腔5。

除此之外，为防止微波泄露，如图7所示，可在上端盖2上设置第一铟丝槽口2a，当在第一铟丝槽口2a内放入铟丝后，可用无磁螺钉压紧于主腔体1的顶面1B(参见图5)，这样能够很好的防止微波从谐振主腔5中向外泄露；如图8所示，可在下端盖3上设置第二铟丝槽口3a，当在第二铟丝槽口3a内放入铟丝后，可用无磁螺钉压紧于主腔体1的底面1A(参见图5)，这样能够很好的防止微波从微波主腔5中向外泄露；如图6所示，可在波导端盖4上设置第三铟丝槽口4a，当在第三铟丝槽口4a内放入铟丝后，可用无磁螺钉压紧于波导块的第一侧面1C(参见图5)，这样能够很好的防止微波从波导副腔6向外泄露。

当波导端盖4与波导块固定连接，且上端盖2、下端盖3分别和主腔体1固定连接后，如图4所示，微波谐振器1形成有谐振主腔5、四个波导副腔6和两个微波截止波导7，其中，任意相邻的两个波导副腔6呈90度角，且关于谐振主腔5的中心对称，径向分布。当微波发生器102通过馈入孔1a向波导副腔6馈入第一微波信号后，首先在波导副腔6中形成场，然后通过耦合孔1b耦合到谐振主腔5中，在谐振主腔5中形成原子基态两个超精细能级之间跃迁的微波场，其中，微波截止波导7能够防止微波泄露。

值得说明的是，微波谐振器101应满足其谐振频率可以调谐至原子基态两个超精细能级之间的跃迁几率的要求。具体的，假设原子基态两个超精细能级之间的跃迁频率为ν₀，波导副腔6的谐振频率为ν₁，谐振主腔5的谐振频率为ν₂，在调试该四端口微波馈入的微波谐振器时，如果ν₁比ν₀小较多，则可用砂纸打磨主腔体1的面1C(参见图5)，直至ν₁接近于ν₀，例如频率差在3MHz以内；如果ν₁比ν₀大较多，则用砂纸打磨波导端盖4的内侧端面4A(参见图6)，直至ν₁接近于ν₀；如果ν₂比ν₀小较多，则用砂纸打磨主腔体1的面1A和面1B(参见图5和图6)，直至ν₂接近于ν₀，例如，频率差30kHz以内；如果ν₂比ν₀大较多，则用砂纸打磨上端盖2的面2A(参见图7)和下端盖3的面3A(参见图8)，直至ν₂接近于ν₀。另外，微波谐振器101在工作时，其振荡模式一般采用损耗较低的模式，即TE011模，这样可以获得较高的Q值。

本实施例通过在上端盖、下端盖和波导端盖上分别设置铟丝槽口，在铟丝槽口内放入铟丝之后，分别压紧于主腔体上，这样，能够很好的防止微波谐振器中的微波向外泄露。除此之外，采用四端口的微波谐振器的馈入对称性更好。

图9为本发明实施例三提供的调节装置中微波发生器和微波谐振器的结构示意图，在实施例一的基础上，如图9所示，

所述微波发生器102，包括：频率振荡源μF、第一微波衰减器A、微波功分器S、第一路微波链路、第二路微波链路、第三路微波链路和第四路微波链路；

所述第一微波衰减器A连接在所述频率振荡源μF与所述微波功分器S之间；

所述第一路微波链路包括依次串联的第二微波衰减器A_6b、第一微波移相器P_6b和第一微波开关S_6b，所述第二微波衰减器A_6b与所述微波功分器S连接；

所述第二路微波链路包括依次串联的第三微波衰减器A_6a、第二微波移相器P_6a和第二微波开关S_6a，所述第三微波衰减器A_6a与所述微波功分器S连接；

所述第三路微波链路包括依次串联的第四微波衰减器A_6c、第三微波移相器P_6c和第三微波开关S_6c，所述第四微波衰减器A_6c与所述微波功分器S连接；

所述第四路微波链路包括依次串联的第五微波衰减器A_6d和第四微波开关S_6d，所述第五微波衰减器A_6d与所述微波功分器S连接；

所述频率振荡源μF，用于向所述第一微波衰减器A输出第二微波信号；

所述第一微波衰减器A，用于对所述第二微波信号进行衰减处理，得到衰减后的第二微波信号，并将所述衰减后的第二微波信号输出给所述微波功分器S；

所述微波功分器S，用于将所述衰减后的第二微波信号分为四路功率相等的所述第一微波信号。

进一步地，所述控制器104和所述微波发生器102电连接；所述四个波导块包括第一波导块6b、第二波导块6a、第三波导块6c和第四波导块6d；

所述控制器104，还用于控制所述第四微波开关S_6d闭合，检测所述冷原子的第一跃迁几率，并根据所述第一跃迁几率将所述第一微波衰减器A调节至第一衰减值；

所述控制器104，还用于控制所述第四微波开关S_6d断开，且所述第一微波开关S_6b闭合，检测所述冷原子的第二跃迁几率，并根据所述第二跃迁几率将所述第二微波衰减器调A_6b节至第二衰减值；

所述控制器104，具体用于在所述微波谐振器101处于每一个第三角度值下，控制所述第二微波开关S_6a和所述第三微波开关S_6c断开，且控制所述第一微波开关S_6b和所述第四微波开关S_6d交替闭合，获取每一个第三角度值下所述冷原子的腔相位差频移；根据每一个第三角度值下所述冷原子的腔相位差频移，生成第三角度值与第三角度值下所述冷原子的腔相位差频移之间的第一关系曲线；确定所述第一关系曲线中腔相位差频移为0时的角度值为所述第一角度值；其中，所述第三角度值为所述微波谐振器101在所述y轴和所述z轴构成的平面上以原点为中心旋转之后得到的角度值；第一微波链路中的第一微波开关S_6b与所述第一波导块6b相连，第二微波链路中的第二微波开关S_6a与所述第二波导块6a相连，第三微波链路中的第三微波开关S_6c与所述第三波导块相6c连，第四微波链路中的第四微波开关S_6d与所述第四波导块6d相连；

所述控制器104，还具体用于在所述微波谐振器101处于每一个第四角度值下，控制所述第二微波开关S_6a和所述第三微波开关S_6c断开，且控制所述第一微波开关S_6b和所述第四微波开关S_6d交替闭合，获取每一个第四角度值下所述冷原子的腔相位差频移，生成第四角度值与第四角度值下所述冷原子的腔相位差频移之间的第二关系曲线，确定所述第二关系曲线中腔相位差频移为0时的角度值为所述第二角度值；其中，所述第四角度值为所述微波谐振器101在所述x轴和所述z轴构成的平面上以原点为中心旋转之后得到的角度值；所述第一微波链路中的第一微波开关S_6b与所述第三波导块6c连接，所述第四微波链路中的第四微波开关S_6d与所述第二波导块6a连接。

进一步地，所述控制器104，还用于在所述微波谐振器101位于所述第一角度值和所述第二角度值的时候，控制所述第四微波开关S_6d和所述第一微波开关S_6b交替闭合，确定冷原子喷泉钟输出的第一平均频率；其中，所述第一微波链路中的第一微波开关S_6b与所述第三波导块6c连接，所述第四微波链路中的第四微波开关S_6d与所述第二波导块6a连接；

所述控制器104，还用于控制所述第四微波开关S_6d和所述第一微波开关S_6b交替闭合，确定冷原子喷泉钟输出的第二平均频率；其中，所述第一微波链路中的第一微波开关S_6b与所述第一波导块6b连接，所述第四微波链路中的第四微波开关S_6d与所述第四波导块6d连接。

进一步地，所述控制器104，还用于控制所述第四微波开关S_6d闭合，检测所述冷原子的第三跃迁几率，并根据所述第三跃迁几率将所述第一微波衰减器A调节至第三衰减值；控制所述第四微波开关S_6d断开且所述第三微波开关S_6c闭合，检测所述冷原子的第四跃迁几率，并根据所述第四跃迁几率将所述第四微波衰减器A_6c调节至第四衰减值；控制所述第三微波开关S_6c断开且所述第二微波开关S_6a闭合，检测所述冷原子的第五跃迁几率，并根据所述第五跃迁几率将所述第三微波衰减器A_6a调节至第五衰减值；控制所述第二微波开关断开S_6a且所述第一微波开关S_6b闭合，检测所述冷原子的第六跃迁几率，并根据所述第六跃迁几率将所述第二微波衰减器A_6b调节至第六衰减值；将所述第一微波衰减器A调节至第七衰减值；

所述控制器104，还用于控制所述第一微波开关S_6b断开、所述第三微波开关S_6c闭合和所述第四微波开关S_6d闭合，检测所述冷原子的第七跃迁几率，并根据所述冷原子的第七跃迁几率将所述第三微波移相器P_6c调节至第一相位值；控制所述第三微波开关S_6c断开、所述第二微波开关闭合S_6a和所述第四微波开关S_6d闭合，检测所述冷原子的第八跃迁几率，并根据所述冷原子的第八跃迁几率将所述第二微波移相器P_6a调节至第二相位值；控制所述第二微波开关S_6a断开、所述第一微波开关S_6b闭合和所述第四微波开关S_6d闭合，检测所述冷原子的第九跃迁几率，并根据所述第九跃迁几率将所述第一微波移相器P_6b调节至第三相位值；

其中，第一微波链路中的第一微波开关S_6b与所述第一波导块相连，第二微波链路中的第二微波开关S_6a与所述第二波导块相连，第三微波链路中的第三微波开关S_6c与所述第三波导块6c相连，第四微波链路中的第四微波开关S_6d与所述第四波导块6d相连。

进一步地，所述控制器104，还用于在所述微波谐振器101位于第五角度值时，控制所述第二微波开关S_6a闭合和所述第三微波开关S_6c闭合，调节所述第四微波衰减器A_6c为不同的第八衰减值；在每一个第八衰减值下，获取所述冷原子喷泉钟输出的第一钟频率；确定每一个第一钟频率与所述第一平均频率之间的第一差值，并生成第一差值与第八衰减值之间的第三关系曲线，确定所述第三关系曲线中第一差值为0时的第九衰减值；将所述第四微波衰减器A_6c调节至所述第九衰减值；调节所述第一微波衰减器A为不同的第十衰减值；在每一个第十衰减值下，检测所述冷原子的第十跃迁几率，并根据所述冷原子的第十跃迁几率将所述第一微波衰减器A调节至第十一衰减值；其中，所述第五角度值为所述微波谐振器101在所述x轴和所述z轴构成的平面上，以原点为中心旋转之后的角度值；

所述控制器104，还用于在所述微波谐振器101位于第六角度值时，控制所述第二微波开关S_6a断开、所述第三微波开关S_6c断开、所述第一微波开关S_6b闭合、所述第四微波开关S_6d闭合，调节所述第五微波衰减器A_6d的衰减值为不同的第十二衰减值；在每一个第十二衰减值下，获取所述冷原子喷泉钟在每一个第十二衰减值下输出的第二钟频率，确定每一个第二钟频率与所述第二平均频率之间的第二差值，并生成第二差值与第十二衰减值之间的第四关系曲线，确定所述第四关系曲线中第二差值为0时的第十三衰减值；将所述第五微波衰减器A_6d的值调节至所述第十三衰减值；其中，所述第六角度值为所述微波谐振器101在所述y轴和所述z轴构成的平面上，以原点为中心旋转之后的角度值。

在本实施例中，当冷原子发生器103向谐振主腔5中上抛冷原子后U后，冷原子U将在微波谐振器101中做上抛下落运动，如图9所示，MON为冷原子U在微波谐振器101中一个上抛-下落周期的运动轨迹。

在本实施例中，可通过控制器104来控制各个微波开关的闭合与断开，也可手动进行控制，用户可根据实际需求进行选择，同理，可通过控制器104对各个微波衰减器进行调节，也可手动进行调节。

值得说明的是，如果微波发生器102的四路微波链路馈入到四个波导副腔6的四路第一微波信号不是同相位，也会导致腔相位差频移的产生，进而增加喷泉钟频率偏移不确定度；如果微波发生器102馈入到两对侧波导块的微波馈入功率不匹配，也会产生腔相位差频移，进而增加喷泉钟频率偏移不确定度。因此，在本实施例中，除了需确定出第一角度值和第二角度值，以对微波谐振器101进行调斜之外，一方面，还可通过调节四路微波链路来使得馈入到四个波导副腔6的四路第一微波信号同相位，另一方面，可实现两对侧馈入的微波达到功率匹配。具体的，可首先确定第一角度值和第二角度值，然后通过调节以使得四路第一微波信号同相位，最后再进行功率匹配的调节，或者是，首先通过调节以使得四路第一微波信号同相位，然后确定第一角度值和第二角度值，最后再进行功率匹配的调节。下面将以上述第一种顺序，以及控制器控制各个微波开关和各个微波衰减器为例，详细解释其实现过程：

首先，先确定第一角度值和第二角度值。具体的，微波馈线F_6d的一端连接第四波导块6d，F_6d的另一端连接第四微波链路中的第四微波开关S_6d，控制S_6d闭合(此时，其它开关均处于断开状态)，控制器104调节第一微波衰减器A的衰减值，例如，控制器104控制A从1-9取值，然后控制器104检测冷原子在A的每一个取值下，在微波谐振器101中上抛和下落一个钟周期的第一跃迁几率，取第一跃迁几率最大时的衰减值为第一衰减值，并将A的衰减值调节至第一衰减值，此时第四微波链路输出π/2脉冲微波功率的第一微波信号；接下来对第二微波衰减器A_6b进行调节，此时微波馈线F_6b的一端连接第一波导块6b，微波馈线F_6b的另一端连接第一微波链路中的第一微波开关S_6b，控制器104控制S_6b闭合(此时，其它开关均处于断开状态)，接下来调节A_6b的过程与上述调节A的过程大致相同，此处不再赘述，调节完成后，第一微波链路也输出π/2脉冲微波功率的第一微波信号。

接下来在确定第一角度值时，此时可人工将微波谐振器101在y轴和所述z轴构成的平面上以原点为中心旋转多次，以使微波谐振器101处于多个第三角度值下，例如，共旋转5次，每一次间隔1mrad(毫弧度)，然后在微波谐振器101处于的每一个第三角度值下，控制S_6d和S_6b交替闭合，这样，交替馈入π/2脉冲微波功率的第一微波信号后，可以得到每一个交替过程对应的腔相位差频移，也即，得到每一个第三角度值对应的腔相位差频移，以第三角度值为横坐标、此处得到的腔相位差频移为纵坐标，得到第一关系曲线，其中，第一关系曲线与横轴的交点所对应的角度值即为第一角度值。

在确定第二角度值时，微波馈线F_6a的一端与第二波导块6a连接，微波馈线F_6c的一端与第三波导块6c连接，将第一微波开关S_6b与微波馈线F_6b断开连接，将S_6b与F_6c的另一端连接，将第四微波开关S_6d与微波馈线F_6d断开连接，将S_6d与F_6a的另一端连接。此时可人工将微波谐振器101在x轴和所述z轴构成的平面上以原点为中心旋转多次，以使微波谐振器101处于多个第四角度值下，具体实现过程可参照上述确定第一角度值时的过程，此处不再赘述。那么在得到第一角度值和第二角度值后，可手动调节微波谐振器101在y轴和所述z轴构成的平面上以原点为中心旋转第一角度值，以及调节微波谐振器101在x轴和所述z轴构成的平面上以原点为中心旋转第二角度值。

然后，通过调节以使得四路第一微波信号同相位，此时，微波馈线F_6a的一端与第二波导块6a连接，F_6a的另一端与S_6a连接，微波馈线F_6b的一端与第一波导块6b连接，F_6b的另一端与S_6b连接，微波馈线F_6c的一端与第三波导块6c连接，F_6c的另一端与S_6c连接，微波馈线F_6d的一端与第四波导块6d连接，F_6d的另一端与S_6d连接，S_6a、S_6b、S_6c、S_6d初始状态均处于断开的状态。控制器104先控制第五微波衰减器A_6d调节至一固定的衰减值，然后控制S_6d闭合，利用上述调节第一微波衰减器A的原理，再次调节A，此次A被调节至第三衰减值，其中，冷原子在第三衰减值下的第三跃迁几率接近0.5，此时第四路微波链路可输出π/4脉冲微波功率的第一微波信号，利用同样的原理，分别控制S_6b、S_6c、S_6d单独进行闭合，以使得其余三路微波链路均能够输出π/4脉冲微波功率的第一微波信号。

接下来考虑到两端同时馈入π/4脉冲微波功率的第一微波信号时，实际馈入的叠加功率大于π/2，因此，控制器104再对第一微波衰减器的衰减值进行适度衰减。

再接下来，是在上述调节的基础上，来调节各个微波移相器的值，以使得馈入到微波谐振器101中的四路第一微波信号同相位。具体的，以调节第三微波移相器为例，控制器104控制S_6c和S_6d同时闭合，此时，第三路微波链路和第四路微波链路同时向微波谐振器101中馈入第一微波信号，调节P_6c的取值，使得相位朝一个方向变化，同时检测冷原子在微波谐振器101上抛、下落一个钟周期的第七跃迁几率，当P_6c在第一相位值时，冷原子的跃迁几率最大，如果再调节P_6c时，检测到的冷原子的跃迁几率开始减小，则说明P_6c在该值处，第三路微波链路和第四路微波链路输出的第一微波信号同相位，因此，将P_6c调节至该值，即第一相位值。其它两个微波移相器的调节过程可参考P_6c的调节过程，此处不再赘述。

最后，是进行功率匹配的调节。在此之前，应在微波谐振器101处于第一角度值和第二角度值的时候，得到冷原子喷泉钟在x方向和y方向对应的钟平均频率，此时，第四微波开关S_6d与微波馈线F_6a连接，第一微波开关S_6b与微波馈线F_6c连接，控制器104分别闭合S_6d和S_6b，交替运行后可得到冷原子喷泉钟在x方向输出的第一钟平均功率；将第四微波开关S_6d与微波馈线F_6d连接，第一微波开关S_6b与微波馈线F_6b连接，交替运行后可得到冷原子喷泉钟在y方向输出的第二钟平均功率。

接下来，微波馈线F_6a的一端与第二波导块6a连接，F_6a的另一端与S_6a连接，微波馈线F_6b的一端与第一波导块6b连接，F_6b的另一端与S_6b连接，微波馈线F_6c的一端与第三波导块6c连接，F_6c的另一端与S_6c连接，微波馈线F_6d的一端与第四波导块6d连接，F_6d的另一端与S_6d连接，S_6a、S_6b、S_6c、S_6d初始状态均处于断开的状态。在进行功率匹配的调节时，由于调节过程类似，此处只以调节第五微波衰减器A_6d为例，具体的，可手动将微波谐振器101在y轴和所述z轴构成的平面上以原点为中心旋转一较大的第六角度值，然后控制器104控制S_6d和S_6b同时闭合，并调节A_6d的值，例如，线性增加衰减，每次增加1dB，共增加三次，在调节的每一个第十二衰减值下，检测得到冷原子喷泉钟的第二钟频率，共得到三个，将得到的每一个第二钟频率与上述得到的第二平均钟频率作差，得到三个第二差值，以第十二衰减值为横坐标，第二差值为纵坐标，得到关于两者的第四关系曲线，其中，第四关系曲线与横轴的交点所对应的衰减值即为所需的第十三衰减值，将第五微波衰减器调节至第十三衰减值时，第四路微波链路和第一路微波链路输出的微波功率匹配。调节第三路微波链路和第二路微波链路的功率匹配的过程与上述类似，此处不再过多描述。

需要说明的是，由于在进行匹配调节时，微波谐振器101的位置发生了改变，因此可手动将微波谐振器101调节到最优的第一角度值和第二角度值下。

本实施例除确定微波谐振器所需调节的第一角度值和第二角度值之外，还通过调节各个微波移相器以使得四路微波链路馈入到微波谐振器中的四路第一微波信号同相位，减小了由于不是同相位而导致的腔相位差频移，进而也减小了喷泉钟频率偏移不确定度，而且，还通过调节多个微波衰减器的值来使得两对侧馈入的微波功率匹配，减少了由于功率不匹配而导致的较大腔相位差频移，进而进一步减小了喷泉钟频率偏移不确定度。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本发明旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (10)

1.一种减小喷泉钟频率偏移不确定度的调节装置，其特征在于，包括：

微波谐振器、微波发生器、冷原子发生器和控制器；

所述微波谐振器的外壁上设置有四个波导块，其中，每一个所述波导块中设置有波导副腔，所述微波谐振器腔轴的中点为坐标系的原点，所述坐标系的z轴为所述微波谐振器的腔轴，所述四个波导块中一对波导块对称设置在所述微波谐振器上，且所述一对波导块位于所述坐标系的y轴方向上，所述四个波导块中另一对波导块对称设置在所述微波谐振器上，且所述另一对波导块位于所述坐标系的x轴方向上；所述四个波导块包括第一波导块、第二波导块、第三波导块和第四波导块；

所述微波发生器的四路微波链路中的至少一路微波链路分别与一个所述波导块相连；所述冷原子发生器位于所述微波谐振器的下方；

所述微波发生器，用于向所述波导块的波导副腔中馈入第一微波信号，以使所述微波谐振器形成微波场；

所述冷原子发生器，用于向所述微波谐振器上抛冷原子，以使所述冷原子在所述微波场中上抛下落运动；

所述控制器，用于根据所述冷原子在所述微波场中产生的腔相位差频移，确定第一角度值和第二角度值，其中，所述第一角度值为所述微波谐振器在所述y轴和所述z轴构成的平面上、以原点为中心所需旋转的角度，所述第二角度值为所述微波谐振器在所述x轴和所述z轴构成的平面上、以原点为中心所需旋转的角度；

所述微波发生器包括：第一路微波链路、第二路微波链路、第三路微波链路和第四路微波链路；所述控制器，具体用于在所述微波谐振器处于每一个第三角度值下，控制所述第二微波链路中的第二微波开关和所述第三微波链路中的第三微波开关断开，且控制所述第一微波链路中的第一微波开关和所述第四微波链路中的第四微波开关交替闭合，获取每一个第三角度值下所述冷原子的腔相位差频移；根据每一个第三角度值下所述冷原子的腔相位差频移，生成第三角度值与第三角度值下所述冷原子的腔相位差频移之间的第一关系曲线；确定所述第一关系曲线中腔相位差频移为0时的角度值为所述第一角度值；其中，所述第三角度值为所述微波谐振器在所述y轴和所述z 轴构成的平面上以原点为中心旋转之后得到的角度值；所述第一微波开关与所述第一波导块相连，所述第二微波开关与所述第二波导块相连，所述第三微波开关与所述第三波导块相连，所述第四微波开关与所述第四波导块相连；

所述控制器，还具体用于在所述微波谐振器处于每一个第四角度值下，控制所述第二微波开关和所述第三微波开关断开，且控制所述第一微波开关和所述第四微波开关交替闭合，获取每一个第四角度值下所述冷原子的腔相位差频移，生成第四角度值与第四角度值下所述冷原子的腔相位差频移之间的第二关系曲线，确定所述第二关系曲线中腔相位差频移为0时的角度值为所述第二角度值；其中，所述第四角度值为所述微波谐振器在所述x轴和所述z轴构成的平面上以原点为中心旋转之后得到的角度值；所述第一微波开关与所述第三波导块连接，所述第四微波开关与所述第二波导块连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微波谐振器，包括：中空状的主腔体、上端盖和下端盖；

所述四个波导块设置在所述主腔体的侧面上，每一个所述波导块与所述主腔体连通；

所述主腔体的顶端设置有第一开口，所述上端盖通过所述第一开口与所述主腔体的顶部固定连接；所述主腔体的底端设置有第二开口，所述下端盖通过所述第二开口与所述主腔体的底部固定连接；

所述上端盖、所述主腔体和所述下端盖之间形成有位于上部的微波截止波导、位于中部的谐振主腔和位于下部的微波截止波导；

每一个所述波导块的第一侧面设置有波导端盖。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，每一个所述波导块的第二侧面上开设有馈入孔；

与波导块对应的微波链路与探针连接，所述探针通过所述馈入孔穿入所述波导块的波导副腔中。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述上端盖包括第一面板和第一凸起，所述第一面板和所述第一凸起固定连接，所述第一凸起插入所述第一开口中；所述第一面板上围绕所述第一凸起设置有第一铟丝槽口，所述第一铟丝槽口内具有铟丝；

所述下端盖包括第二面板和第二凸起，所述第二面板和所述第二凸起固定连接，所述第二凸起插入所述第二开口中；所述第二面板上围绕所述第二凸起设置有第二铟丝槽口，所述第二铟丝槽口内具有铟丝；

每一个所述波导端盖包括第三面板和第三凸起，所述第三面板和所述第三凸起固定连接，所述第三凸起插入与波导端盖对应的波导块中；所述第三面板上围绕所述第三凸起设置有第三铟丝槽口，所述第三铟丝槽口内具有铟丝。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，每一个所述波导块与所述主腔体连接的连接面上开设有耦合孔，所述波导块的波导副腔通过所述连接面上的耦合孔与所述主腔体的谐振主腔连通。

6.根据权利要求1-5任一项所述的装置，其特征在于，所述微波发生器还包括：频率振荡源、第一微波衰减器、微波功分器；

所述第一微波衰减器连接在所述频率振荡源与所述微波功分器之间；

所述第一路微波链路包括依次串联的第二微波衰减器、第一微波移相器和所述第一微波开关，所述第二微波衰减器与所述微波功分器连接；

所述第二路微波链路包括依次串联的第三微波衰减器、第二微波移相器和所述第二微波开关，所述第三微波衰减器与所述微波功分器连接；

所述第三路微波链路包括依次串联的第四微波衰减器、第三微波移相器和所述第三微波开关，所述第四微波衰减器与所述微波功分器连接；

所述第四路微波链路包括依次串联的第五微波衰减器和所述第四微波开关，所述第五微波衰减器与所述微波功分器连接；

所述频率振荡源，用于向所述第一微波衰减器输出第二微波信号；

所述第一微波衰减器，用于对所述第二微波信号进行衰减处理，得到衰减后的第二微波信号，并将所述衰减后的第二微波信号输出给所述微波功分器；

所述微波功分器，用于将所述衰减后的第二微波信号分为四路功率相等的所述第一微波信号。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制器和所述微波发生器电连接；

所述控制器，还用于控制所述第四微波开关闭合，检测所述冷原子的第一跃迁几率，并根据所述第一跃迁几率将所述第一微波衰减器调节至第一衰减值；

所述控制器，还用于控制所述第四微波开关断开，且所述第一微波开关闭合，检测所述冷原子的第二跃迁几率，并根据所述第二跃迁几率将所述第二微波衰减器调节至第二衰减值。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制器，还用于在所述微波谐振器位于所述第一角度值和所述第二角度值的时候，控制所述第四微波开关和所述第一微波开关交替闭合，确定冷原子喷泉钟输出的第一平均频率；其中，所述第一微波链路中的第一微波开关与所述第三波导块连接，所述第四微波链路中的第四微波开关与所述第二波导块连接；

所述控制器，还用于控制所述第四微波开关和所述第一微波开关交替闭合，确定所述冷原子喷泉钟输出的第二平均频率；其中，所述第一微波链路中的第一微波开关与所述第一波导块连接，所述第四微波链路中的第四微波开关与所述第四波导块连接。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述控制器，还用于控制所述第四微波开关闭合，检测所述冷原子的第三跃迁几率，并根据所述第三跃迁几率将所述第一微波衰减器调节至第三衰减值；控制所述第四微波开关断开且所述第三微波开关闭合，检测所述冷原子的第四跃迁几率，并根据所述第四跃迁几率将所述第四微波衰减器调节至第四衰减值；控制所述第三微波开关断开且所述第二微波开关闭合，检测所述冷原子的第五跃迁几率，并根据所述第五跃迁几率将所述第三微波衰减器调节至第五衰减值；控制所述第二微波开关断开且所述第一微波开关闭合，检测所述冷原子的第六跃迁几率，并根据所述第六跃迁几率将所述第二微波衰减器调节至第六衰减值；将所述第一微波衰减器调节至第七衰减值；

所述控制器，还用于控制所述第一微波开关断开、所述第三微波开关闭合和所述第四微波开关闭合，检测所述冷原子的第七跃迁几率，并根据所述冷原子的第七跃迁几率将所述第三微波移相器调节至第一相位值；控制所述第三微波开关断开、所述第二微波开关闭合和所述第四微波开关闭合，检测所述冷原子的第八跃迁几率，并根据所述冷原子的第八跃迁几率将所述第二微波移相器调节至第二相位值；控制所述第二微波开关断开、所述第一微波开关闭合和所述第四微波开关闭合，检测所述冷原子的第九跃迁几率，并根据所述第九跃迁几率将所述第一微波移相器调节至第三相位值；

其中，第一微波链路中的第一微波开关与所述第一波导块相连，第二微波链路中的第二微波开关与所述第二波导块相连，第三微波链路中的第三微波开关与所述第三波导块相连，第四微波链路中的第四微波开关与所述第四波导块相连。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，

所述控制器，还用于在所述微波谐振器位于第五角度值时，控制所述第二微波开关闭合和所述第三微波开关闭合，调节所述第四微波衰减器为不同的第八衰减值；在每一个第八衰减值下，获取所述冷原子喷泉钟输出的第一钟频率；确定每一个第一钟频率与所述第一平均频率之间的第一差值，并生成第一差值与第八衰减值之间的第三关系曲线，确定所述第三关系曲线中第一差值为0时的第九衰减值；将所述第四微波衰减器调节至所述第九衰减值；调节所述第一微波衰减器为不同的第十衰减值；在每一个第十衰减值下，检测所述冷原子的第十跃迁几率，并根据所述冷原子的第十跃迁几率将所述第一微波衰减器调节至第十一衰减值；其中，所述第五角度值为所述微波谐振器在所述x轴和所述z轴构成的平面上，以原点为中心旋转之后的角度值；

所述控制器，还用于在所述微波谐振器位于第六角度值时，控制所述第二微波开关断开、所述第三微波开关断开、所述第一微波开关闭合、所述第四微波开关闭合，调节所述第五微波衰减器的衰减值为不同的第十二衰减值；在每一个第十二衰减值下，获取所述冷原子喷泉钟在每一个第十二衰减值下输出的第二钟频率，确定每一个第二钟频率与所述第二平均频率之间的第二差值，并生成第二差值与第十二衰减值之间的第四关系曲线，确定所述第四关系曲线中第二差值为0时的第十三衰减值；将所述第五微波衰减器的值调节至所述第十三衰减值；其中，所述第六角度值为所述微波谐振器在所述y轴和所述z轴构成的平面上，以原点为中心旋转之后的角度值。

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