[发明专利]一种用于小型氢原子钟的蓝宝石加载微波腔

说明书

本发明公开一种用于小型氢原子钟的蓝宝石加载微波腔，包括微波腔筒、蓝宝石填充介质和氢原子贮存泡，其中蓝宝石填充介质设置于微波腔筒内部，包括楔形叠加连接的第一介质环、第二介质环和第三介质环；氢原子贮存泡设置于第一介质环、第二介质环和第三介质环围成空间内部。本发明通过对蓝宝石微波腔的加载与贮存进行分离，同时兼顾可靠性、指标性能提高、成本控制，采用三部分楔形蓝宝石叠加介质环作为微波腔的加载物质，提供了一种高可靠性、高性能的蓝宝石加载微波腔。在保证整个腔体外形尺寸与传统方案相同的情况下，大大增加了内部填充体积，既保证了原子钟的小型化，同时也提高整机性能和整机的环境适应性。

技术领域

本发明涉及原子钟技术领域。更具体地，涉及一种用于小型氢原子钟的蓝宝石加载微波腔。

背景技术

原子钟是一种利用原子吸收或释放能量时发出的电磁波来计时的精密时间计量仪器，广泛应用于定位、导航、通信、军事等多个领域。由于这种电磁波非常稳定，再加上利用一系列精密的仪器进行控制，原子钟的计时就可以非常准确。现在用在原子钟里的元素有氢(Hydrogen)、铯(Cesium)、铷(rubidium)等，原子钟的精度可以达到每2000万年误差1秒，这为天文、航海、宇宙航行提供了强有力的保障。

随着卫星激光测距(SLR)、甚长基线干涉(VLBI)等空间大地测量技术的发展，氢原子钟作为目前最实用的地面频率标准，已经应用于世界各国地面观测站的建设中。传统的主动型氢原子钟质量大、体积大，许多学者都在氢原子钟小型化方向上进行探索。采用蓝宝石作为填充介质的谐振腔能有效解决氢原子钟小型化的问题，它不仅能减小谐振腔的体积和质量，还能保持接近传统主动型氢原子钟的频率稳定度。蓝宝石氢原子钟因体积小、可靠性高，在国防、工业中得到了广泛应用。

微波腔是蓝宝石氢原子钟的核心部件，腔内氢原子贮存区域要实现优于1E-6Pa的真空度。腔内贮存区域的体积的大小和贮存区域的真空密封的可靠性直接影响整机的可靠性和性能。目前蓝宝石氢原子钟采用的蓝宝石介质加载微波腔贮存体积较小；真空密封形式可靠性较差；贮存区域涂膜工艺实现难度较大。

现有技术方案中，蓝宝石填充介质分为三部分，这三部分通过特殊的工艺手段实现真空密封连接。实现这三部分的真空密封连接的工艺方法难度较大且实现密封处可靠性较差，这种填充介质在使用一段时间后在密封处就会出现真空泄漏。这对蓝宝石氢原子钟是致命的。另外，蓝宝石内部的贮存区域的内壁需要涂覆三层高分子聚合材料，由于实现三块蓝宝石填充介质的真空密封过程会对内壁的高分子涂层造成不同程度的污染，这种污染会对脉泽跃迁信号的寿命产生影响。另外，由于现有技术方案实现的蓝宝石填充介质的可靠性，采用这种形式的蓝宝石氢钟只能应用于地面环境实验室内，对条件较为复杂和车载、机载、航天等环境条件下的应用无法满足。

因此，需要提供一种用于小型氢原子钟的蓝宝石加载微波腔。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高可靠性、高性能的蓝宝石加载微波腔，以解决传统方案实现工艺复杂、性能和可靠性差的问题。整个腔体外形尺寸与传统方案相同，内部填充体积大大增加。这既保证了原子钟的小型化，同时也提高整机性能和整机的环境适应性。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种用于小型氢原子钟的蓝宝石加载微波腔，包括微波腔筒、蓝宝石填充介质和氢原子贮存泡，其中

蓝宝石填充介质设置于微波腔筒内部，包括楔形叠加连接的第一介质环、第二介质环和第三介质环；

氢原子贮存泡设置于第一介质环、第二介质环和第三介质环围成空间内部。