[发明专利]复合式原子钟

说明书

技术领域

本发明属于原子钟设计技术领域，特别涉及一种复合式原子钟。

背景技术

微重力环境为研制高精端的系统设备提供了条件，在微重力条件下，可使用极慢速度的原子(比原子传统技术中速度减慢10-100倍)。因而，可使谱线降至0.05-0.1Hz。慢原子还有利于进步减小很多引起频率移动的因素，如:剩余多普勒频移，谱线牵引频移，剩余二次塞曼效应，相对论效应和碰撞频移等。在微重力条件下原子处于自由悬浮状态，无须用非均匀磁场囚禁原子，有利于消除非均匀谱线展宽。同时，在远离地面的空间，将无震动引入的噪声干扰，电磁场干扰也比地面为小。所以，微重力环境是一个理想的进行精密物理测量的实验场地。由于组成原子钟的共振吸收泡是一个气压敏感性器件，在微重力环境下，低气压将对原子钟主要性能指标，如频率稳定度，产生重要影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够适用于地面及真空环境的复合式原子钟。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种复合式原子钟，包括：光源、用于完成量子跃迁过程的原子共振吸收模块、恒温模块、用于对所述原子共振吸收模块输出的信号进行检测的光检测单元、用于为所述原子共振吸收模块中量子跃迁过程提供磁场的磁场控制模块、用于为所述原子共振吸收模块量子跃迁过程提供能量的微波射频源及中央处理器；所述原子共振吸收模块依次与所述光源、所述恒温模块、所述微波射频源、所述磁场控制模块连接；所述光检测单元与所述原子共振吸收模块连接；所述中央处理器依次与所述光检测单元、所述磁场控制模块、所述恒温模块连接；所述恒温模块为所述原子共振吸收模块提供恒定的温度；所述中央处理器能够实现对所述恒温模块提供的恒定温度进行改变。

进一步地，所述原子共振吸模块包括：共振吸收单元、谐振腔；所述共振吸收单元置于所述谐振腔内部；所述谐振腔依次与所述光源、所述恒温模块、所述微波射频源、所述磁场控制模块连接；所述光检测单元通过所述谐振腔对所述光源发出的光束经所述共振吸收单元处理后的信号进行检测。

进一步地，所述共振吸收单元是由玻璃材质构成呈泡状腔体结构的共振吸收泡。

进一步地，所述磁场控制模块包括：漆包线、恒流源；所述漆包线缠绕在所述谐振腔外壁，并与所述恒流源连接；所述恒流源与所述中央处理器连接。

进一步地，所述微波射频源输出频率在原子基态超精细结构0-0跃迁中心频率附近，用于完成整个原子谱线的扫描。

进一步地，所述光源中用于辐射光束的元素是A。

进一步地，所述共振吸收泡内充有元素A及其同位素B。

进一步地，所述A元素是⁸⁷Rb，所述B元素是⁸⁵Rb。

进一步地，所述共振吸收泡内充有气体M、气体N、气体P；所述共振吸收泡内总气体压力系数接近于0，总气体温度系数为0。

进一步地，所述气体M是氪气，所述气体N是氢气，所述气体P是氮气。

本发明提供的一种复合式原子钟，包括：光源、原子共振吸收模块、恒温模块、光检测单元、磁场控制模块、微波射频源及中央处理器。其中，原子共振吸收模块依次与光源、恒温模块、微波射频源、磁场控制模块连接。光检测单元与原子共振吸收模块连接。中央处理器依次与光检测单元、磁场控制模块、恒温模块连接。本发明通过在共振吸收泡内充制气体M、气体N、气体P。并控制三者充制比例，能够实现共振吸收泡内总气体压力系数接近于0，总气体温度系数接近于0或为0，进而克服压力频移或温度系数频移。同时，本发明具有结构简单、准确度高的特点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种复合式原子钟原理结构示意图。

其中，201-光源，202-原子共振吸收模块，203-恒温模块，204-光检测单元，205-磁场控制模块，206-微波射频源，207-中央处理器。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明提供的具体实施方式作进一步详细说明。