[发明专利]一种氢原子频标双选态装置

说明书

本发明公开一种氢原子频标双选态装置，所述双选态装置包括：依次同轴设置的四极锥形口径选态磁铁、原子态反转模块和六极锥形口径选态磁铁，所述四极锥形口径选态磁铁，用于对从准直器射出的氢原子进行筛选，获得基态为|F＝1,m_F＝0〉和|F＝1,m_F＝1〉的初选氢原子；所述原子态反转模块，用于将所述初选氢原子中基态为|F＝1,m_F＝1〉的氢原子进行跃迁至|F＝1,m_F＝‑1〉态；六极锥形口径选态磁铁，用于将跃迁至|F＝1,m_F＝‑1〉态的氢原子筛除，获得基态为|F＝1,m_F＝0〉的单态氢原子。本发明结构简单，体积小，选态精准高效。

技术领域

本发明涉及一种选态装置，特别是涉及一种氢原子频标双选态装置。

背景技术

氢原子频标将本地振荡器的频率锁定到氢原子基态|F＝0,m_F＝0〉与|F＝1,m_F＝0〉的超精细能级跃迁谱线上，使本地振荡器输出一个高稳定度和高准确度的频率信号，现已被广泛应用于守时、定位等领域。双选态装置是氢原子频标的关键部件，其根据处于不同态上的原子先后在两个磁铁中的受力情况以及两个磁铁间原子态反转的过程对|F＝1,m_F＝0〉态上的原子进行单态选择。该双选态装置的选态效率和体积直接影响着整钟的性能和体积。

现有技术方案中，普遍采用由两个矩形口径六极选态磁铁和两个选态磁铁之间产生原子态反转的模块进行双选态。准直器出射的原子束包括四种原子态，分别是|F＝0,m_F＝0〉、|F＝1,m_F＝-1〉、|F＝1,m_F＝0〉和|F＝1,m_F＝1〉。第一个矩形口径六极选态磁铁会先偏转掉原子束中处于|F＝0,m_F＝0〉和|F＝1,m_F＝-1〉的原子，然后经原子态反转模块再使原子束中处于|F＝1,m_F＝1〉态的原子跃迁至|F＝1,m_F＝-1〉，第二个矩形口径六极选态磁铁再偏转掉跃迁之后原子束中处于|F＝1,m_F＝-1〉态的原子。但在整个选态过程中，准直器中出射角为零的且处于|F＝1,m_F＝-1〉和|F＝0,m_F＝0〉态上的原子不受磁场力的作用而无任何偏转地沿着中心轴线运动，即整个装置对准直器中出射角为零的原子无任何选态作用。这些没有受到偏转力作用的原子最终都会进入贮存泡干扰处于|F＝1,m_F＝0〉态上的原子的钟跃迁信号质量。此外，六极选态磁铁选态距离较长会导致该双选态装置体积较大，因此该双选态装置不能满足氢原子频标整钟小型化设计的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氢原子频标双选态装置，以解决现有双选态装置对准直器中出射角为零的原子无任何选态作用和体积较大的问题。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明公开了一种氢原子频标双选态装置，所述双选态装置包括：

依次同轴设置的四极锥形口径选态磁铁、原子态反转模块和六极锥形口径选态磁铁，

所述四极锥形口径选态磁铁，用于对从准直器射出的氢原子进行筛选，以获得基态为|F＝1,m_F＝0〉和|F＝1,m_F＝1〉的初选氢原子；

所述原子态反转模块，用于将所述初选氢原子中基态为|F＝1,m_F＝1〉的氢原子进行跃迁至|F＝1,m_F＝-1〉态；

所述六极锥形口径选态磁铁，用于将跃迁至|F＝1,m_F＝-1〉态的氢原子筛除，以获得基态为|F＝1,m_F＝0〉的单态氢原子。