CN116107186B - 应用于微型化铷原子钟的一体化封闭式超薄铷光谱灯装置 - Google Patents

应用于微型化铷原子钟的一体化封闭式超薄铷光谱灯装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于微型化铷原子钟的一体化封闭式超薄铷光谱灯装置，包括铷灯泡、振荡线圈、高频振荡电路板、滤光片、非金属骨架和金属框架；振荡线圈均匀缠绕在铷灯泡的外壁上；非金属骨架和金属框架设置在铷灯泡外，高频振荡电路板安装于金属框架内，连接振荡线圈，滤光片安装于金属骨架通光孔上。该一体化封闭式超薄铷光谱灯装置采用一体化超薄设计，巧妙且有效地提高装置内空间的利用率，显著降低光谱灯组件的高度。

Description

应用于微型化铷原子钟的一体化封闭式超薄铷光谱灯装置
技术领域
本发明属于铷光谱灯技术领域，具体涉及一种应用于微型化铷原子钟的一体化封闭式超薄铷光谱灯装置。
背景技术
铷原子钟（下称铷钟）是一种利用87Rb原子“0-0”跃迁谱线频率制成的原子频率标准，主要用于卫星导航、通信、电力和交通等领域中作为频率参考，具有体积小重量低以及温度适应范围宽等特点，是目前应用最广泛的原子频标。
铷钟主要包括量子物理系统和电子线路两部分，其中量子物理系统包括铷光谱灯、铷滤光泡、铷吸收泡以及光电探测装置，铷光谱灯主要提供用于提供抽运光，是铷钟量子物理系统中的关键部件，其发光的光强、稳定性以及光谱线型直接影响铷钟的性能指标。铷光谱灯装置主要包括高频振荡电路、振荡线圈以及铷灯泡三部分。铷灯泡是内部充有87Rb原子和氙气的圆柱形玻璃泡，氙气作为启辉气体。铷灯泡安装在振荡线圈中，高频振荡电路产生约100MHz的高频振荡信号并馈入到振荡线圈中，激发铷灯泡中的87Rb原子发出光线。铷光谱灯需要工作在100℃以上，铷钟整机设计中采用温控电路对铷光谱灯装置进行温度控制，铷光谱灯工作温度波动最大不超过1℃。
现有铷光谱灯装置的结构方案主要包括两种，分离式设计方案和一体化设计方案，其中一体化设计方案中也分为开放式和封闭式两种。
分离式设计方案主要是将振荡线圈和铷灯泡以及必要的结构件组成灯头部分，高频振荡电路安装在铷钟的底板上或铷光谱灯组件后端，通过引线将振荡信号馈入到振荡线圈中。分离式设计方案的铷光谱灯装置存在四项不足，第一因灯头与振荡电路分离，整体体积不易控制；第二，高频振荡电路未进行温度控制，高频三极管的放大倍数等参数会随着温度的变化而变化，因此高频振荡信号的功率会受环境温度波动的影响，进而影响到铷光谱灯发光的强度；第三，因为高频振荡电路与振荡线圈之间引线的存在，其高频分布参数（包括分布电容等）较大，高频分布参数与电路固有参数相比比例较大，不利于振荡电路的工作稳定性，会影响铷光谱灯的长期工作稳定性；第四，因分离设计，振荡信号不能够进行有效地屏蔽，会辐射到铷钟的其他部分，将会对铷钟电磁兼容性造成影响。
一体化设计方案的铷光谱灯其高频振荡电路、振荡线圈以及铷灯泡通过非金属材料骨架等设计在一起，其中开放式方案其组件整体呈开放式，不对组件进行整体密闭，仅对振荡线圈与铷灯泡组成的灯头部分进行温度控制，高频振荡电路部分不进行温度控制。
近年来，铷原子钟的小型化以及微型化是其发展的主要方向，在实际应用中整机的高度要求尽量不大于18mm，这就要求铷光谱灯同步进行微型化设计，在满足整机高度要求的前提下需要尽量减小铷光谱灯体积。在小型化以及微型化铷钟设计中铷光谱灯是一个设计难点，主要体现在两点，一是铷光谱灯装置小型及微型化后如何保证一定的发光强度是一个难点；二是小型及微型化铷光谱灯内的射频分布参数的影响将不可忽略，此时射频分布参数将影响高频振荡电路，如何保证光强的稳定性也是一个难点。
发明内容
本发明为了解决原有分离式方案中振荡电路工作温度不稳定的问题，提出了一种应用于微型化铷原子钟的一体化封闭式超薄铷光谱灯装置。
本发明的技术方案是：一种应用于微型化铷原子钟的一体化封闭式超薄铷光谱灯装置包括铷灯泡、振荡线圈、非金属骨架和金属框架；
振荡线圈均匀缠绕在铷灯泡的外壁上；非金属骨架和金属框架设置在铷灯泡外。
进一步地，铷灯泡内含有87Rb原子和氙气。
进一步地，非金属骨架用于固定铷灯泡和振荡线圈。
进一步地，铷灯泡的通光孔上设置有滤光片；
滤光片用于滤除铷灯泡发出的无用光。
进一步地，金属框架用于固定和安装一体化封闭式超薄铷光谱灯装置，并进行电屏蔽。
进一步地，金属框架上设置有第一穿心电容和第二穿心电容。
进一步地，金属框架上设置有高频振荡电路板；
高频振荡电路板采用电容三点式振荡电路。
进一步地，高频振荡电路板上设置有高频中功率三极管。
进一步地，金属框架上设置有达林顿管、热敏电阻和温度控制电路；
达林顿管和热敏电阻均与温度控制电路连接。
本发明的有益效果是：
（1）该一体化封闭式超薄铷光谱灯装置采用一体化超薄设计，巧妙且有效地提高装置内空间的利用率，显著降低光谱灯组件的高度；
（2）与分离式方案和开放式一体化方案相比，该装置中高频振荡电路安装在铷光谱灯装置内，工作温度稳定，有利于作用于铷灯泡的射频激励功率的稳定，有利于铷灯泡发光光强的稳定；
（3）与开放式一体化方案相比，组件整体进行了电屏蔽，减少了泄露到铷钟其他部分的高频振荡信号强度，降低对铷钟其他电路的干扰，改善了铷钟整体的电磁兼容性，提高了高频振荡信号的利用率，振荡电路工作稳定且效率高，本方案振荡电路工作功耗低至0.8W；
（4）该装置采用无引线设计，解决了装置微型化后射频分布参数过大带来的高频振荡电路工作稳定性下降的问题，提高了铷光谱灯装置光强的稳定性，同时改善了批次生产中铷光谱灯装置性能离散性大的问题；巧妙地将滤光片与铷光谱灯融为一体，提高了铷光谱灯光谱纯度和有用光的占比，改善了铷钟的信噪比。
附图说明
图1为一体化封闭式超薄铷光谱灯装置的结构图；
图2为实施例的三维模型图；
图中，1、铷灯泡；2、振荡线圈；3、非金属骨架；4、滤光片；5、金属框架；6、第一穿心电容；7、第二穿心电容；8、高频振荡电路板；9、高频中功率三极管；10、达林顿管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。
如图1所示，本发明提供了一种应用于微型化铷原子钟的一体化封闭式超薄铷光谱灯装置，包括铷灯泡1、振荡线圈2、非金属骨架3和金属框架5；
振荡线圈2均匀缠绕在铷灯泡1的外壁上；非金属骨架3和金属框架5设置在铷灯泡1外。
在本发明实施例中，铷灯泡1内含有87Rb原子和氙气。
在本发明实施例中，非金属骨架3用于固定铷灯泡1和振荡线圈2。
在本发明实施例中，如图1所示，铷灯泡1的通光孔上设置有滤光片4；
滤光片4用于滤除铷灯泡1发出的无用光。
在本发明实施例中，金属框架5用于固定和安装一体化封闭式超薄铷光谱灯装置，并进行电屏蔽。金属框架5可减少高频振荡信号的泄露。
在本发明实施例中，如图1所示，金属框架5上设置有第一穿心电容6和第二穿心电容7。
在本发明实施例中，如图1所示，金属框架5上设置有高频振荡电路板8；
高频振荡电路板8采用电容三点式振荡电路。
在本发明实施例中，如图1所示，高频振荡电路板8上设置有高频中功率三极管9。
在本发明实施例中，金属框架5上设置有达林顿管10、热敏电阻和温度控制电路；
达林顿管10和热敏电阻均与温度控制电路连接。组件金属框架5上还设计有热敏电阻的安装点，在铷钟整机上设计有温度控制电路，达林顿管10以及热敏电阻与之连接，用于对铷光谱灯进行温度控制。
如图2所示，为铷光谱灯装置的三维模型图，设计完成的铷光谱灯装置实施例外形尺寸为25mm*15mm*13mm。
本发明提供一种应用于微型化铷原子钟的一体化超薄无引线的铷光谱灯装置，包括一体化的铷灯泡1、振荡线圈2、滤光片4和高频振荡电路板8。铷灯泡1使用耐碱玻璃制成，圆柱形并带尾巴，铷灯泡1中充有87Rb原子和启辉气体氙气，铷灯泡1尾部与装置金属框架5粘接在一起，形成温度上“冷端”，用于在尾部收集富余的铷原子。铷灯泡1安装在振荡线圈2中，振荡线圈2安装在高频振荡电路板8上，高频振荡电路板8产生约100MHz的振荡信号，该振荡信号激励铷灯泡1中的铷原子和氙气发光。
振荡线圈2与壳体之间装配有聚四氟乙烯制成的非金属骨架3，用于固定振荡线圈2。
铷钟对铷光谱灯装置整体进行温度控制，工作温度在100℃以上，在环境温度变化时铷光谱灯装置的温度保持相对稳定，变化不超过1℃。
与分离式设计方案中工作于装置外的高频振荡电路相比，安装在装置内的高频振荡电路其工作温度要稳定得多，相应的高频振荡功率更稳定。
与开放式一体化设计方案相比，高频振荡电路随组件整体进行温度控制，高频振荡功率更稳定，因此光谱灯发光强度会更稳定，同时组件进行了整体电屏蔽，将大大减少泄露到铷钟其他部分的高频振荡信号，改善铷钟整体的电磁兼容性。
铷灯泡发出的光不仅包括波长在780nm-795nm范围内的有用光，还包括其他的无用光，因此在铷灯泡的发光方向上安装有滤光片，用于滤除无用光成分，与已有铷光谱灯方案设计相比改善了光谱纯度。
采用本项设计前装置一般高度不低于20mm，采用本设计后装置高度降低到13mm，该超薄光谱灯可用于设计整机高度不大于18mm的铷钟；同时装置整体容积不大于5mL。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种应用于微型化铷原子钟的一体化封闭式超薄铷光谱灯装置，其特征在于，包括铷灯泡(1)、振荡线圈(2)、非金属骨架(3)和金属框架(5)；所述振荡线圈(2)均匀缠绕在铷灯泡(1)的外壁上；所述非金属骨架(3)和金属框架(5)设置在铷灯泡(1)外；所述铷灯泡(1)的通光孔上设置有滤光片(4)；所述滤光片(4)用于滤除铷灯泡(1)发出的无用光；所述金属框架(5)上设置有第一穿心电容(6)和第二穿心电容(7)；所述金属框架(5)上设置有高频振荡电路板(8)；所述高频振荡电路板(8)采用电容三点式振荡电路；所述高频振荡电路板(8)上设置有高频中功率三极管(9)；所述金属框架(5)上设置有达林顿管(10)、热敏电阻和温度控制电路；所述达林顿管(10)和热敏电阻均与温度控制电路连接；
所述金属框架(5)用于固定和安装一体化封闭式超薄铷光谱灯装置，并进行电屏蔽；
所述一体化封闭式超薄铷光谱灯装置采用无引线设计；
所述金属框架(5)上还设计有热敏电阻的安装点，在铷钟整机上设计有温度控制电路；
铷灯泡(1)尾部与装置金属框架(5)粘接在一起，形成温度上“冷端”，用于在尾部收集富余的铷原子；
铷灯泡(1)安装在振荡线圈(2)中，振荡线圈(2)安装在高频振荡电路板(8)上，高频振荡电路板(8)产生约100MHz的振荡信号；
铷钟对铷光谱灯装置整体进行温度控制，高频振荡电路(8)随组件整体进行温度控制。
2.根据权利要求1所述的应用于微型化铷原子钟的一体化封闭式超薄铷光谱灯装置，其特征在于，所述铷灯泡(1)内含有87Rb原子和氙气。
3.根据权利要求1所述的应用于微型化铷原子钟的一体化封闭式超薄铷光谱灯装置，其特征在于，所述非金属骨架(3)用于固定铷灯泡(1)和振荡线圈(2)。
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Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4434406A (en) * 1981-08-10 1984-02-28 Rockwell International Corporation Lamp housing assembly primarily for the lamp of a rubidium frequency standard
US5751193A (en) * 1995-06-09 1998-05-12 Fujitsu Limited Rubidium atomic oscillator with laser diode wavelength adjustment
JP2007336136A (ja) * 2006-06-14 2007-12-27 Epson Toyocom Corp 原子発振器、受動形原子発振器、原子発振器の温度制御方法及び受動形原子発振器の温度制御方法
CN102186298A (zh) * 2011-02-21 2011-09-14 江汉大学 改进型铷原子频标光谱灯装置
CN202231693U (zh) * 2011-09-21 2012-05-23 张家港保税区灿勤科技有限公司 高稳定低噪声介质振荡器
CN102739243A (zh) * 2012-06-29 2012-10-17 安徽华东光电技术研究所 一种低相位噪音锁相介质振荡器
JP2013214554A (ja) * 2012-03-30 2013-10-17 Seiko Epson Corp 発振装置および電子装置
CN103363359A (zh) * 2013-07-25 2013-10-23 中国科学院武汉物理与数学研究所 铷原子频标用光谱灯
CN203395666U (zh) * 2013-07-25 2014-01-15 中国科学院武汉物理与数学研究所 铷原子频标用光谱灯
CN103836421A (zh) * 2014-03-21 2014-06-04 成都天奥电子股份有限公司 适用于真空条件的铷原子频标光谱灯装置
CN106105025A (zh) * 2014-03-11 2016-11-09 日本电波工业株式会社 带恒温槽的晶体振荡器
CN109245764A (zh) * 2018-11-09 2019-01-18 成都天奥电子股份有限公司 一种基于差分光探测的铷原子钟装置
CN109470359A (zh) * 2018-11-09 2019-03-15 成都天奥电子股份有限公司 提供差分光输出的铷光谱灯装置及光噪声差分抑制的方法
CN216356655U (zh) * 2021-11-08 2022-04-19 广东昕海科技有限公司 一种抗震恒温晶体振荡器

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030141818A1 (en) * 2002-01-25 2003-07-31 Kelly Timothy Lee Metal halide lamp with enhanced red emission

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4434406A (en) * 1981-08-10 1984-02-28 Rockwell International Corporation Lamp housing assembly primarily for the lamp of a rubidium frequency standard
US5751193A (en) * 1995-06-09 1998-05-12 Fujitsu Limited Rubidium atomic oscillator with laser diode wavelength adjustment
JP2007336136A (ja) * 2006-06-14 2007-12-27 Epson Toyocom Corp 原子発振器、受動形原子発振器、原子発振器の温度制御方法及び受動形原子発振器の温度制御方法
CN102186298A (zh) * 2011-02-21 2011-09-14 江汉大学 改进型铷原子频标光谱灯装置
CN202231693U (zh) * 2011-09-21 2012-05-23 张家港保税区灿勤科技有限公司 高稳定低噪声介质振荡器
JP2013214554A (ja) * 2012-03-30 2013-10-17 Seiko Epson Corp 発振装置および電子装置
CN102739243A (zh) * 2012-06-29 2012-10-17 安徽华东光电技术研究所 一种低相位噪音锁相介质振荡器
CN103363359A (zh) * 2013-07-25 2013-10-23 中国科学院武汉物理与数学研究所 铷原子频标用光谱灯
CN203395666U (zh) * 2013-07-25 2014-01-15 中国科学院武汉物理与数学研究所 铷原子频标用光谱灯
CN106105025A (zh) * 2014-03-11 2016-11-09 日本电波工业株式会社 带恒温槽的晶体振荡器
CN103836421A (zh) * 2014-03-21 2014-06-04 成都天奥电子股份有限公司 适用于真空条件的铷原子频标光谱灯装置
CN109245764A (zh) * 2018-11-09 2019-01-18 成都天奥电子股份有限公司 一种基于差分光探测的铷原子钟装置
CN109470359A (zh) * 2018-11-09 2019-03-15 成都天奥电子股份有限公司 提供差分光输出的铷光谱灯装置及光噪声差分抑制的方法
CN216356655U (zh) * 2021-11-08 2022-04-19 广东昕海科技有限公司 一种抗震恒温晶体振荡器

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