CN206432049U - 用于原子钟的原子束准直器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于原子钟的原子束准直器，所述准直器包括至少一个本体单元，在所述本体单元上沿本体单元的轴向设有若干准直孔，所述准直孔一端原子入射端口的孔径小于该准直孔另一端原子出射端口的孔径。本实用新型通过改进准直器上准直孔的原子入射端口结构、准直孔的原子出射端口结构以及准直孔孔径结构，使得入射角大的原子，经过准直孔内壁一次或者多次反射，最终出射的原子，出射角变小，进而变成可以利用的原子，从而有效增加了出射原子束中可被利用的部分。

Description

用于原子钟的原子束准直器

技术领域

本实用新型涉及原子钟技术领域。更具体地，涉及一种用于原子钟的原子束准直器。

背景技术

量子频率标准(原子钟)物理部件里经常用到密封在真空中的原子束，如图1所示，通常情况下原子束是从一个密闭气室1’一端开的小孔处逸出来，由于孔足够小，不会破坏气室内的气体平衡；为得到发散角较小，而又有足够原子束流的原子束，通常采用的方法是在密闭气室一端设置具有密排多孔结构的准直器2’，进而达到提高原子束的利用效率，减少了散射到真空中的无用原子。

如图2、图3、图4所示，现有准直器2’上的准直孔21’为等径的圆柱形结构，且准直孔21’内壁光滑并附有弹性，当原子从密闭气室入射进准直孔21’时，原子的入射角度在各个方向是随机分布的，且由于准直孔21’为等径的圆柱形结构的限制，使得无论以何种角度入射的原子经过准直孔21’出射后，其出射角度并有改变，即原子入射角度θ1'等于原子出射角度θ2'，在实际使用中，真正有用的是近似平行于准直孔中心发射出来的具有很小出射角的原子，而具有较大入射角和出射角的原子不能被有效利用，进而导致该部分原子进入真空中成为本底杂散原子，所以采用现有结构准直器所得到的有用原子数比较少。

因此，需要提供一种新的用于原子钟的原子束准直器，用来克服现有原子束准直器所存在的缺陷。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于原子钟的原子束准直器。所述准直器通过改进准直器上准直孔的原子入射端口结构、准直孔的原子出射端口结构以及准直孔孔径结构，使得当该准直器在具有一个本体单元时，入射角大的原子，经过准直孔内壁一次或者多次反射，最终出射的原子，出射角变小，进而变成可以利用的原子，从而有效增加了出射原子束中可被利用的部分。同时当该准直器具有多个本体单元时，除了部分入射角大的原子，变成可以利用的原子之外，部分入射角更大的原子，在打到相邻两个本体单元的连接部位时，会被反射，重新从准直孔的原子入射端口回到密闭气室内，并被重新利用，进而避免成为杂散原子。

为解决上述技术问题，本实用新型采用下述技术方案：

一种用于原子钟的原子束准直器，所述准直器包括至少一个本体单元，在所述本体单元上沿本体单元的轴向设有若干准直孔，所述准直孔一端原子入射端口的孔径小于该准直孔另一端原子出射端口的孔径。

进一步的，所述准直孔的长度大于或等于20倍准直孔原子出射端口孔径。

进一步的，所述准直器包括沿准直器轴向方向连接固定的第一本体单元和第二本体单元；所述第一本体单元的准直孔与所述第二本体单元的准直孔一一对应，且同轴设置；

所述第二本体单元上准直孔的原子入射端口匹配对应设置在第一本体单元上准直孔的原子出射端口处。

进一步的，所述准直孔的孔径为渐变孔径。

进一步的，沿所述准直孔的原子入射端口至准直孔的原子出射端口方向，所述准直孔的孔腔呈渐变外扩结构。

进一步的，所述准直孔的内壁面呈锥面结构。

进一步的，所述准直孔的原子入射端口和原子出射端口均为圆形结构。

本实用新型所提供的用于原子钟的原子束准直器，通过将准直孔的原子入射端口设置为小口径，将准直孔的原子出射端口设置为大口径，并将准直孔孔腔设置为沿所述准直孔的原子入射端口至准直孔的原子出射端口方向渐变外扩结构，使得当该准直器在具有一个本体单元时，原子从密闭气室入射进准直孔后，入射角大的原子在打到准直孔内壁后会进行反射，由于准直孔内壁相对准直孔中心轴线是斜的，入射角大的原子在反射后的角度会相对准直孔中心轴线变小，这样，入射角大的原子经过准直孔内壁一次或者多次反射，最终出射的原子，出射角变小，进而变成可以利用的原子，从而有效增加了出射原子束中可被利用的部分。

同时在本实用新型中，当采用多个本体单元的组合作为准直器使用时，除了部分入射角大的原子，在经过多个本体单元的准直孔内壁一次或者多次反射，变成可以利用的原子之外，部分入射角更大的原子，在打到相邻两个本体单元的连接部位时，会被反射，重新从准直孔的原子入射端口回到密闭气室内，并被重新利用，进而避免成为杂散原子。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出现有技术中安装有原子束准直器的原子气室示意图。

图2示出现有技术中原子束准直器的立体结构示意图。

图3示出现有技术中原子束准直器的立体结构剖视图。

图4示出现有技术中入射角大的原子在原子束准直器准直孔内的运动轨迹示意图。

图5示出本实用新型第一实施例所提供的原子束准直器的立体结构剖视图。

图6示出原子在本实用新型第一实施例所提供的原子束准直器准直孔内的运动轨迹示意图。

图7示出本实用新型第二实施例所提供的原子束准直器的立体结构图。

图8示出本实用新型第二实施例所提供的原子束准直器的立体结构剖视图。

图9示出原子在本实用新型第二实施例所提供的原子束准直器准直孔内的运动轨迹示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。

实施例1：

如图5、6所示，本实施例提供一种用于原子钟的原子束准直器，所述准直器包括一个本体单元1，在所述本体单元1上沿本体单元1的轴向设有若干准直孔11，若干准直孔11可以以长方形、正方形、圆形等各种形状的阵列形式排布于所述本体单元1上，所述准直孔11一端原子入射端口111的孔径小于该准直孔11另一端原子出射端口112的孔径，优选的，所述准直孔11的长度大于或等于20倍准直孔11原子出射端口112孔径，且所述准直孔11的原子入射端口111和原子出射端口112均采用圆形结构。

进一步的，所述准直孔11的孔径为渐变孔径，优选的，沿所述准直孔11的原子入射端口111至准直孔11的原子出射端口112方向，所述准直孔11的孔腔呈渐变外扩结构，且该准直孔11的内壁面呈锥面结构。

如图6所示，本实用新型第一实施例所提供的用于原子钟的原子束准直器，通过将准直孔11的原子入射端口111设置为小口径，将准直孔11的原子出射端口112设置为大口径，并将准直孔11孔径设置为沿所述准直孔11的原子入射端口111至准直孔11的原子出射端口112方向渐变外扩结构，使得原子从密闭气室入射进准直孔11后，参照图6中原子运行的K1路线轨迹所示，入射角小的原子(即近似平行于准直孔11中心轴线入射的具有很小入射角的原子)可经过准直孔11直接从原子出射端口112射出，进而成为原子束中可被利用的部分。

参照图6中原子运行的K2路线轨迹所示，当相对于准直孔11中心轴线入射的具有大入射角的原子，在打到准直孔11内壁后会进行多次反射，由于准直孔11内壁相对准直孔11中心轴线是斜的，入射角大的原子在反射后的角度会相对准直孔11中心轴线变小，这样，入射角大的原子经过准直孔11内壁多次反射，最终出射的原子，出射角变小，进而变成可以利用的原子，从而有效增加了出射原子束中可被利用的部分。

实施例2：

如图7、8、9所示，本实施例所提供一种用于原子钟的原子束准直器，该原子束准直器包括沿准直器轴向方向连接固定的两个本体单元，即第一本体单元2和第二本体单元3；

所述第一本体单元2上沿第一本体单元2的轴向设有若干准直孔21，若干准直孔21以长方形的阵列形式排布于所述第一本体单元2上，所述准直孔21一端原子入射端口211的孔径小于该准直孔21另一端原子出射端口212的孔径，优选的，所述准直孔21的长度大于或等于20倍准直孔21原子出射端口212孔径，且所述准直孔21的原子入射端口211和原子出射端口212均采用圆形结构。

进一步的，所述准直孔21的孔径为渐变孔径，优选的，沿所述准直孔21的原子入射端口211至准直孔21的原子出射端口212方向，所述准直孔21的孔腔呈渐变外扩结构，且该准直孔21的内壁面呈锥面结构。

本实施例中，所述第二本体单元3与所述第一本体单元2结构相同，所述第二本体单元3上沿第二本体单元3的轴向设有若干准直孔31，若干准直孔31以长方形的阵列形式排布于所述第二本体单元3上，所述准直孔31一端原子入射端口311的孔径小于该准直孔31另一端原子出射端口312的孔径，优选的，所述准直孔31的长度大于或等于20倍准直孔31原子出射端口312孔径，且所述准直孔31的原子入射端口311和原子出射端口312均采用圆形结构。

进一步的，所述准直孔31的孔径为渐变孔径，优选的，沿所述准直孔31的原子入射端口311至准直孔31的原子出射端口312方向，所述准直孔31的孔腔呈渐变外扩结构，且该准直孔31的内壁面呈锥面结构。

进一步的，所述第一本体单元2的准直孔21与所述第二本体单元3的准直孔31一一对应，且同轴设置；所述第二本体单元3上准直孔31的原子入射端口311匹配对应设置在第一本体单元2上准直孔21的原子出射端口212处。

如图9所示，本实用新型第二实施例所提供的用于原子钟的原子束准直器，当原子从密闭气室入射进第一本体单元2准直孔21及第二本体单元3准直孔31后，参照图9中原子运行的K3路线轨迹所示，入射角小的原子(即近似平行于第一本体单元2准直孔21中心轴线入射的具有很小入射角的原子)从第一本体单元2的原子入射端口211射入准直器，经过第一本体单元2准直孔21及第二本体单元3准直孔31后，可直接从第二本体单元3的原子出射端口312射出，成为原子束中可被利用的部分。

参照图9中原子运行的K4路线轨迹所示，当相对于第一本体单元2准直孔21中心轴线入射的具有大入射角的原子，在打到第一本体单元2准直孔21内壁后，会进行反射，入射角大的原子在经过多次反射后的角度会相对准直孔中心轴线变小，即，入射角大的原子经过第一本体单元2准直孔21内壁及第二本体单元3准直孔31内壁的多次反射后，最终出射的原子，出射角变小，进而变成可以利用的原子，从而有效增加了出射原子束中可被利用的部分。

同时参照图9中原子运行的K5路线轨迹所示，当采用两个本体单元(即第一本体单元2和第二本体单元3)的组合作为准直器整体使用时，除了部分入射角大的原子，在经过两个本体单元的准直孔内壁多次反射，变成可以利用的原子之外，部分入射角更大的原子，在打到相邻两个本体单元的连接部位时(即第一本体单元2的原子出射端口212和第二本体单元3的原子入射端口311的连接处)，会被第二本体单元3的原子入射端口311端面3111反射，重新从第一本体单元2的原子入射端口211回到密闭气室内，并被重新利用，进而避免成为杂散原子。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种用于原子钟的原子束准直器，其特征在于：所述准直器包括至少一个本体单元，在所述本体单元上沿本体单元的轴向设有若干准直孔，所述准直孔一端原子入射端口的孔径小于该准直孔另一端原子出射端口的孔径。

2.根据权利要求1所述用于原子钟的原子束准直器，其特征在于：所述准直孔的长度大于或等于20倍准直孔原子出射端口孔径。

3.根据权利要求1所述用于原子钟的原子束准直器，其特征在于：所述准直器包括沿准直器轴向方向连接固定的第一本体单元和第二本体单元；所述第一本体单元的准直孔与所述第二本体单元的准直孔一一对应，且同轴设置；

所述第二本体单元上准直孔的原子入射端口匹配对应设置在第一本体单元上准直孔的原子出射端口处。

4.根据权利要求1所述用于原子钟的原子束准直器，其特征在于：所述准直孔的孔径为渐变孔径。

5.根据权利要求1所述用于原子钟的原子束准直器，其特征在于：沿所述准直孔的原子入射端口至准直孔的原子出射端口方向，所述准直孔的孔腔呈渐变外扩结构。

6.根据权利要求1所述用于原子钟的原子束准直器，其特征在于：所述准直孔的内壁面呈锥面结构。

7.根据权利要求1所述用于原子钟的原子束准直器，其特征在于：所述准直孔的原子入射端口和原子出射端口均为圆形结构。