CN115505869A - 原子气室的加工设备、加工方法和原子钟 - Google Patents

原子气室的加工设备、加工方法和原子钟 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种原子气室的加工设备，包括掩膜板和定位组件，其中，所述掩膜板与所述定位组件可拆卸连接，所述掩膜板朝向所述定位组件的一侧设置有N个线形镂空槽，所述定位组件设置有N个容置槽，所述容置槽与原子气室适配；所述N个线形镂空槽与所述N个容置槽一一对应，且所述线形镂空槽在定位组件上的垂直投影，位于对应的所述容置槽内；N为正整数；其中，在所述容置槽容置有原子气室的情况下，对所述容置槽内容置的原子气室的目标端面进行镀膜处理，以使所述目标端面形成与线形镂空槽匹配的加热线条。本发明实施例可以提升原子中的CPT信号对比度。

Description

原子气室的加工设备、加工方法和原子钟
技术领域
本发明涉及原子钟技术领域，尤其涉及一种原子气室的加工设备、加工方法和原子钟。
背景技术
原子钟是把本振源(激光器或者晶体振荡器)频率锁定到原子(近似无扰的原子或者离子)的参考跃迁谱线上，从而达到稳定频率输出的一种精密计时仪器。原子钟通常包括激光器和物理系统，物理系统中对原子气室的加热，以使激光器产生的相干光束穿过一定温度下的原子气室时，产生电磁诱导透明现象。
目前，通常是通过在原子气室上外贴加热片的方式，来为原子气室加热。而由于加热片对原子气室的导热效率低，且导热不均匀，从而会导致原子气室温度不均引起的CPT展宽，降低了CPT信号的对比度。可见目前对原子气室进行的加热方法会降低原子钟的性能。
发明内容
本发明实施例提供一种原子气室的加工设备、加工方法和原子钟，以提升原子钟的CPT信号的对比度。
第一方面，本发明实施例提供了一种原子气室的加工设备，包括掩膜板和定位组件，其中，所述掩膜板与所述定位组件可拆卸连接，所述掩膜板朝向所述定位组件的一侧设置有N个线形镂空槽，所述定位组件设置有N个容置槽，所述容置槽与原子气室适配；所述N个线形镂空槽与所述N个容置槽一一对应，且所述线形镂空槽在定位组件上的垂直投影，位于对应的所述容置槽内；N为正整数；
其中，在所述容置槽容置有原子气室的情况下，对所述容置槽内容置的原子气室的目标端面进行镀膜处理，以使所述目标端面形成与线形镂空槽匹配的加热线条。
第二方面，本发明实施例还提供了一种原子气室的加工方法，应用于如第一方面所述的原子气室的加工设备，其特征在于，包括：
对原子气室的目标端面进行磨抛处理；
将所述原子气室设置于所述原子气室的加工设备的容置槽内，以使所述目标端面与所述原子气室的加工设备的掩膜板贴合；
对所述掩膜板进行镀膜处理，以在所述磨抛处理后的目标端面上形成与所述掩膜板的线形镂空槽匹配的加热线条。
第三方面，本发明实施例还提供了一种原子钟，包括原子气室，所述原子气室的目标端面经如第二方面所述的原子气室的加工方法处理，形成与所述掩膜板的线形镂空槽匹配的加热线条，所述加热线条用于对所述原子气室加热。
本发明实施例中原子气室加工设备包括掩膜板和定位组件，掩膜板朝向定位组件的一侧设置有N个线形镂空槽，定位组件设置有N个容置槽，N个线形镂空槽和N个容置槽一一对应，且线形镂空槽在定位组件上的垂直投影，位于对应的容置槽内，从而在通过原子气室加工设备对原子气室进行加工时，原子气室设置于容置槽内，并通过对掩膜板和线形镂空槽处的原子气室目标端面进行镀膜处理，从而可以在原子气室的目标端面上形成与线形镂空槽匹配的加热线条，实现了加热线条301和目标端面的一体化，提升了导热效率，且可以根据线形镂空槽的槽型设置遍布于目标端面，从而可以提升原子气室加热时导热的均匀性，进而提升原子钟的CPT信号的对比度。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明实施例提供的原子气室的加工设备的结构示意图；
图2是图1的A处的局部放大图。
图3是本发明实施例提供的原子气室的结构示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参见图1至图2，本发明实施例提供了一种原子气室的加工设备，包括掩膜板10和定位组件20，其中，所述掩膜板10与所述定位组件20可拆卸连接，所述掩膜板10朝向所述定位组件20的一侧设置有N个线形镂空槽101，所述定位组件20设置有N个容置槽201，所述容置槽201与原子气室30适配；所述N个线形镂空槽101与所述N个容置槽201一一对应，且所述线形镂空槽101在定位组件20上的垂直投影，位于对应的所述容置槽201内；N为正整数；
其中，在所述容置槽201容置有原子气室30的情况下，对所述容置槽201内容置的原子气室30的目标端面进行镀膜处理，以使所述目标端面形成与线形镂空槽101匹配的加热线条301。
上述定位组件20上的N个容置槽201，可以用于容置N个原子气室30，从而当N取大于1的整数时，通过对N个容置槽201容置的N个原子气室的加工处理，可以提升加工的效率，便于批量化加工。
上述掩膜板10上可以对应上述容置槽201的位置，设置有N个线形镂空槽101，上述线形镂空槽101在对应的容置槽201上的垂直投影，位于上述容置槽201内，具体可以位于上述容置槽201的底面。
在加工过程中，上述原子气室30容置于上述容置槽201内，且上述目标端面朝向上述掩膜板10设置，并与上述掩膜板10贴合，此时，上述线形镂空槽101的垂直投影则会位于上述目标端面内，从而在镀膜处理时，上述掩膜板10上会形成一层金属材料膜，同时金属材料会穿过上述线形镂空槽101，在上述目标端面内形成与上述线形镂空槽101匹配的加热线条301。应理解，上述加热线条301的材料即为金属材料。
具体而言，上述线形镂空槽101的图形结构可以根据实际需要进行设置，为了提升导热的均匀性，上述线形镂空槽101可以呈复杂图形设置，例如U字形、回字形等，从而使得生成的加热线条301较为均匀地遍布与原子气室30的目标端面上，提升导热的均匀性。
上述掩膜板10的材料可以根据实际需要进行设置，在本发明实施例中，为了便于在掩膜板10上进行镀膜处理，因此上述掩膜板10可以由金属材料制成。
本发明实施例中原子气室30加工设备包括掩膜板10和定位组件20，掩膜板10朝向定位组件20的一侧设置有N个线形镂空槽101，定位组件20设置有N个容置槽201，N个线形镂空槽101和N个容置槽201一一对应，且线形镂空槽101在定位组件20上的垂直投影，位于对应的容置槽201内，从而在通过原子气室30加工设备对原子气室30进行加工时，原子气室30设置于容置槽201内，并通过对掩膜板10和线形镂空槽101处的原子气室30目标端面进行镀膜处理，从而可以在原子气室30的目标端面上形成与线形镂空槽101匹配的加热线条301，实现了加热线条301和目标端面的一体化，提升了导热效率，且可以根据线形镂空槽101的槽型设置遍布于目标端面，从而可以提升原子气室30加热时导热的均匀性，进而提升原子钟的CPT信号的对比度。
可选地，所述线形镂空槽101包括第一端1011、第二端1012和第一中间节点1013，所述线形镂空槽101的第一端1011至所述第一中间节点1013的部分围合形成第一U型结构，所述线形镂空槽101的第二端1012至所述第一中间节点1013的部分围合形成第二U型结构。
在本发明实施例中，一并参照图1和图2，由于原子气室30的加热线条301，通常是通过加热线条301导电发热，因此，上述线形镂空槽101可以形成首尾相连的图形结构，以便于生成的加热线条301首尾相连，从而便于电流的从加热线条301的始端流入，从加热线条301的终端流出。
进一步地，为了避免原子气室30加热过程中，经过加热线条301的加热电流引入杂乱磁场，影响原子钟的性能，上述线形镂空槽101的第一端1011至第一中间节点1013的部分围合形成第一U型结构，第二端1012至第一中间节点1013的部分围合形成第二U型结构。这样，由上述线形镂空槽101生成的加热线条301围合形成有与上述第一U型结构对应的第三U型结构，且围合形成有与上述第二U型结构对应的第四U型结构。
应理解，上述第一中间节点1013，可以为预定义的节点，例如，在图2中，上述第一中间节点1013可以位于上述线形镂空槽101形成的图形的中轴线上。上述第一U型结构，由上述第一端1011至上述第一中间节点1013之间的部分线形镂空槽101围合形成，继续参照图1，图1中黑色线条处为镂空部分，由图可见，上述第一端1011和第一中间节点1013之间的部分线形镂空槽101围合形成了第一U型结构，而上述第二端1012和上述第一中间节点1013之间的部分线形镂空槽101围合形成了第二U型结构。
示例性地，参照图2和图3，图2为图1中A处的局部放大图，图2中B处结构即为上述第二U型结构，图3中C处结构即为上述第二U型结构对应的第四U型结构。
这样，在上述加热线条301的第三U型结构和上述第四U型结构中，加热线条301即为第三U型结构和第四U型结构的外轮廓线条，简言之，上述加热线条301通过多个弯折部，形成了内环通路和外环通路。
由于第三U型结构和第四U型结构中，内环线圈电流和外环线圈电流的方向相反，因此内外环线圈产生的磁场方向相反相消，从而可以避免加热过程中引入杂乱磁场，进一步提升原子钟的性能。
可选地，为了确保上述原子气室30在容置于上述容置槽201中时，原子气室30的目标端面可以与上述掩膜板10贴合，以避免加热线条301无法在目标端面上成型，所述容置槽201的深度小于或等于所述原子气室30的高度。
可选地，为了便于对掩膜板10和定位组件20进行生产加工，上述N个线形镂空槽101可以均匀间隔设置于所述掩膜板10上。相应地，上述N个容置槽201也均匀间隔设置于上述定位组件20中。
可选地，所述定位组件20和所述掩膜板10中的一者包括至少两根定位柱，另一者包括至少两个定位孔，所述至少两根定位柱与所述至少两个定位孔一一对应且配合。
在本发明实施例中，上述定位组件20可以通过定位柱配合定位孔的方式，实现定位组件20和掩膜板10之间的定位。具体地，参照图1，图1为本发明实施例一种可选的实施方式，在图1中，上述定位组件20为矩形的板状结构，且朝向上述掩膜板10的一侧设置有四根定位柱202，上述四根定位柱202位于定位组件20的四个边角处。上述掩膜板10上可以对应开设有四个定位孔102，从而在上述定位组件20和上述掩膜板10配合时，上述定位柱202穿过上述定位孔102，从而限制了上述掩膜板10和上述定位组件20在水平方向上的相对位移，提升了目标端面上加热线条301形成位置的准确性。
本发明实施例还提供一种原子气室的加工方法，应用于如上任一实施例所述的原子气室的加工设备，该方法包括：
步骤101、对原子气室30的目标端面进行磨抛处理。
步骤102、将所述原子气室30设置于所述原子气室的加工设备的容置槽201内，以使所述目标端面与所述原子气室的加工设备的掩膜板10贴合。
步骤103、对所述掩膜板10进行镀膜处理，以在所述磨抛处理后的目标端面上形成与所述掩膜板10的线形镂空槽101匹配的加热线条301。
在上述步骤101中，为了提升目标端面的平整度，以便于金属在目标端面上形成加热线条301，可以首先对上述原子气室30的目标端面进行磨抛处理，由于原子气室30通常可以由玻璃材料制成，上述磨抛处理可以通过包括但不限于对玻璃材料研磨抛光处理的设备进行处理，具体可以根据原子气室30的材料确定处理设备，并可以采用手动或者自动的方式，在此不作进一步地限定。
在对上述原子气室30的目标端面进行磨抛处理后，在上述步骤102中，可以先将上述原子气室的加工设备的掩膜板10从上述原子气室的加工设备的定位组件20上取下，并将原子气室30设置于上述原子气室的加工设备的定位组件20上开设的容置槽201内，且目标端面背离上述容置槽201的底面设置，而后可以盖上掩膜板10，以使原子气室30的目标端面与上述掩膜板10贴合。
从而在上述步骤103中，可以对上述掩膜板10进行镀膜处理，以在磨抛处理后的目标端面上形成与线形镂空槽101匹配的加热线条301。
应理解，上述镀膜处理可以为对金属材料进行蒸发或者溅射的方式，以使得金属材料穿过掩膜板10的线形镂空槽101，在上述目标端面上成型，从而在上述目标端面上形成与线形镂空槽101匹配的加热线条301。可以理解的是，由于各个原子气室30之间相互独立，不便于进行光刻掩膜，而通过金属掩膜板对各个原子气室30进行加工，可以提升加工效率，同时金属掩膜板可以多次使用，节约了时间成本和加工成本。
在本发明实施例中，在通过原子气室30加工设备对原子气室30进行加工时，原子气室30设置于容置槽201内，并通过对掩膜板10和线形镂空槽101处的原子气室30目标端面进行镀膜处理，从而可以在原子气室30的目标端面上形成与线形镂空槽101匹配的加热线条301，由于加热线条301的线宽较小，且可以根据线形镂空槽101的槽型设置遍布于目标端面，从而可以提升原子气室30加热时导热的均匀性，进而提升原子钟的CPT信号的对比度。
可选地，所述加热线条301包括第三端3011、第四端3012和第二中间节点3013，所述加热线条301的第三端3011至所述第二中间节点3013的部分围合形成第三U型结构，所述加热线条301的第四端3012至所述第二中间节点3013的部分围合形成第四U型结构。
应理解，上述第二中间节点3013，可以为预定义的节点，例如，在图3中，上述第二中间节点3013可以位于上述加热线条301形成的图形的中轴线上。上述第一U型结构，由上述第三端3011至上述第二中间节点3013之间的部分加热线条301围合形成，由图可见，上述第三端3011和第二中间节点3013之间的部分加热线条301围合形成了第三U型结构，而上述第四端3012和上述第二中间节点3013之间的部分加热线条301围合形成了第二U型结构。
这样，在上述第三U型结构和上述第四U型结构中，内环线圈电流和外环线圈电流的方向相反，因此内外环线圈产生的磁场方向相反相消，从而可以避免加热过程中引入杂乱磁场，进一步提升原子钟的性能。
参照图3，本发明实施例还提供一种原子钟，包括原子气室30，所述原子气室30的目标端面经如上任一实施例所述的原子气室的加工方法处理，形成与所述掩膜板10的线形镂空槽101匹配的加热线条301，所述加热线条301用于对所述原子气室30加热。
图3即为上述原子气室30的结构示意图，可见上述原子气室30的目标端面上形成有与上述线形镂空槽101匹配的加热线条301。由于本发明实施例提供的原子钟采用了上述实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
可选地，所述加热线条301包括第三端3011、第四端3012和第二中间节点3013，所述加热线条301的第三端3011至所述第二中间节点3013的部分围合形成第三U型结构，所述加热线条301的第四端3012至所述第二中间节点3013的部分围合形成第四U型结构。
这样，在上述第三U型结构和上述第四U型结构中，内环线圈电流和外环线圈电流的方向相反，因此内外环线圈产生的磁场方向相反相消，从而可以避免加热过程中引入杂乱磁场，进一步提升原子钟的性能。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种原子气室的加工设备，其特征在于，包括掩膜板和定位组件，其中，所述掩膜板与所述定位组件可拆卸连接，所述掩膜板朝向所述定位组件的一侧设置有N个线形镂空槽，所述定位组件设置有N个容置槽，所述容置槽与原子气室适配；所述N个线形镂空槽与所述N个容置槽一一对应，且所述线形镂空槽在定位组件上的垂直投影，位于对应的所述容置槽内；N为正整数；
其中，在所述容置槽容置有原子气室的情况下，对所述容置槽内容置的原子气室的目标端面进行镀膜处理，以使所述目标端面形成与线形镂空槽匹配的加热线条。
2.根据权利要求1所述的原子气室的加工设备，其特征在于，所述线形镂空槽包括第一端、第二端和第一中间节点，所述线形镂空槽的第一端至所述第一中间节点的部分围合形成第一U型结构，所述线形镂空槽的第二端至所述第一中间节点的部分围合形成第二U型结构。
3.根据权利要求1所述的原子气室的加工设备，其特征在于，所述容置槽的深度小于或等于所述原子气室的高度。
4.根据权利要求1所述的原子气室的加工设备，其特征在于，所述N个线形镂空槽均匀间隔设置于所述掩膜板上。
5.根据权利要求1所述的原子气室的加工设备，其特征在于，所述定位组件和所述掩膜板中的一者包括至少两根定位柱，另一者包括至少两个定位孔，所述至少两根定位柱与所述至少两个定位孔一一对应且配合。
6.一种原子气室的加工方法，应用于如权利要求1～5中任一项所述的原子气室的加工设备，其特征在于，包括：
对原子气室的目标端面进行磨抛处理；
将所述原子气室设置于所述原子气室的加工设备的容置槽内，以使所述目标端面与所述原子气室的加工设备的掩膜板贴合；
对所述掩膜板进行镀膜处理，以在所述磨抛处理后的目标端面上形成与所述掩膜板的线形镂空槽匹配的加热线条。
7.根据权利要求6所述的加工方法，其特征在于，所述加热线条包括第三端、第四端和第二中间节点，所述第三端至所述第二中间节点的部分围合形成第三U型结构，所述第四端至所述第二中间节点的部分围合形成第四U型结构。
8.一种原子钟，包括原子气室，其特征在于，所述原子气室的目标端面经如权利要求6～7中任一项所述的原子气室的加工方法处理，形成与所述掩膜板的线形镂空槽匹配的加热线条，所述加热线条用于对所述原子气室加热。
9.根据权利要求8所述的原子钟，其特征在于，所述加热线条包括第三端、第四端和第二中间节点，所述加热线条的第三端至所述第二中间节点的部分围合形成第三U型结构，所述加热线条的第四端至所述第二中间节点的部分围合形成第四U型结构。
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