[发明专利]一种相干布居囚禁原子钟的物理系统

说明书

技术领域

本发明涉及原子钟领域，尤其涉及一种相干布居囚禁(CoherentPopulation Trapping，CPT)原子钟的物理系统。

背景技术

原子钟是一种精密时间计量仪器，广泛应用于定位、导航、通信、军事等 多个领域。其中，CPT原子钟是一种小型化原子钟，由于其体积小、重量轻、 功率消耗小等优点，大大扩充了原子钟的应用领域。

现有技术中，CPT原子钟利用设定频率的激光与处于“超精细能级”的原 子的相互作用，获得与原子的超精细能级相匹配的时钟信号。具体而言，CPT 原子钟功能的实现，主要依赖于其内部的物理系统：通过合理的控制物理系统 内的激光发射器的温度和注入的电流，可以使得激光发射器向物理系统内填充 有原子气体的吸收泡发射相位差恒定的激光，使得原子被“布居囚禁”在基态的 超精细能级上，并由物理系统中设置的光电传感器获得相应的数据，并配合外 围电路和功能器件，最终得到精密的时钟信号。

对于现有的CPT原子钟的物理系统而言，其中的激光发射器、吸收泡等 器件所在区域的工作温度并不相同，但是，现有的物理系统又是整体系统，在 对其中不同的区域进行加热后，会由于不同区域的工作温度不同从而产生温差， 热量将从温度较高的区域传递到温度较低的区域中，形成干扰，导致最终获得 的计量结果不准确。

发明内容

本发明实施例提供一种相干布居囚禁原子钟的物理系统，用以解决现有的 物理系统存在温度干扰的问题。

本发明提供一种相干布居囚禁原子钟的物理系统，所述物理系统包括：在 空间上分离设置的激光发射单元和物理单元；其中：

所述激光发射单元包括：激光发射器基板、设于该激光发射器基板上的激 光发射器、设于所述激光发射器基板上且分布于所述激光发射器周围的金属导 热构件、以及处于所述激光发射器所发射的光源形成的光路上的衰减片；

所述物理单元包括：四分之一波片、吸收泡、光电池、光电池基板、金属 导热层、磁场线圈、磁屏蔽层、磁屏蔽层顶盖、保温层以及数据传输线；

所述四分之一波片、吸收泡、光电池、光电池基板处于所述激光发射器所 发射的光源形成的光路上；所述金属导热层分布于所述吸收泡周围，且在所述 金属导热层外侧设有磁场线圈；所述磁屏蔽层设于所述磁场线圈以及光电池基 板外侧，并与磁屏蔽层顶盖组合；所述保温层设置于所述磁屏蔽层以及磁屏蔽 层顶盖的外侧，所述数据传输线连接于所述光电池基板，并通过所述磁屏蔽层 顶盖和所述保温层的通孔，连接于外部电路，用于传输光电数据。

进一步地，所述吸收泡为冷粘接工艺制成的立方体吸收泡。

进一步地，所述物理单元还包括：设置于所述保温层外侧的磁屏蔽外壳。

进一步地，在所述磁屏蔽外壳的外侧还设有磁屏蔽外壳罩。

进一步地，所述物理单元还包括：第一热敏电阻，设置于所述金属导热层 中，用于根据所述金属导热层中的温度生成电信号传输至外部电路，以使得所 述外部电路根据电信号进行温度控制；第二热敏电阻，设置于所述保温层中， 用于根据保温层中的温度生成电信号发送至外部电路，以使得所述外部电路根 据所述电信号监控所述物理单元的工作温度；功率管，与所述金属导热层相连 接，用于提供热能，并通过所述金属导热层为所述吸收泡导热。

进一步地，所述物理单元通过非焊接方式组装形成。

通过采用本发明的相干布居囚禁原子钟的物理系统，使得其中的激光发射 单元和物理单元，在空间上实现分离，基于此结构，当原子钟在实际使用的过 程中，激光发射单元和物理单元可以各自分别进行加热，达到各自所需的工作 温度，由于是空间隔离，也就不会出现热能传递的现象，从而保证了原子钟的 工作稳定性。

除此之外，上述的物理系统还可以达到如下效果：

立方体吸收泡采用特硬石英玻璃冷粘接工艺研制而成，透光性好，气密性 高，使用寿命长，且立方体的形状也便于组装。

内外两层磁屏蔽可以更好地消除地磁干扰和外界电磁场影响，同时，两层 金属磁屏蔽结构也增强了物理系统的物理特性，使物理系统更牢固，抵抗冲撞 和震动的能力增强，提高产品的性能和质量。

组件均采用分离式，紧凑组装，不需要焊接和特殊加工工艺，适合于标准 化的工业化生产。

附图说明