[发明专利]一种矩形原子频标微波腔

说明书

本发明公开了一种矩形原子频标微波腔，腔体包括腔筒，第一极片通过第一支柱和腔筒的内壁连接，第二极片通过第二支柱和腔筒的内壁连接；第一极片和第二极片相对设置，底座上端设有矩形沉孔且底座上端延伸至腔筒底部，矩形沉孔的孔底开设有矩形通孔，原子滤光泡的底端嵌入到矩形沉孔中，原子吸收泡位于第一极片与第二极片围成的空心域内，两个调谐螺杆分别延伸至第一极片的正上方，激励探针延伸至第二极片的正上方。本发明通过增加原子泡的宽度并减小原子泡的厚度，可以在确保原子数目不变的情形下减小微波腔的厚度；和超小型同轴腔相比，本发明的微波磁场模式为场型更优越的类TE011模式，更容易激励原子跃迁产生原子信号。

技术领域

本发明涉及到原子频标技术领域，更具体涉及一种矩形原子频标微波腔，适用于超薄型小型化高性能铷原子频标。

背景技术

频标技术的飞速发展，使得原子频标作为一种更可靠的时钟频率源，逐步取代了传统的石英晶振，在数字通讯领域中发挥着重要作用。铷原子频标由于其体积小、重量轻、功耗低、可靠性高等特点，已成为目前应用最广泛的原子频标。随着信息产业的高速发展，现代数字通信系统需要更加准确而稳定的时间频率信号。铷原子频标由物理系统和电路系统两部分组成，其中微波谐振腔是铷原子频标物理系统的核心组成部分，在很大程度上影响着铷原子频标的体积和频率稳定度等性能。

目前原子频标微波腔主要有标准腔和非标准腔两类。标准腔主要包括TE₀₁₁腔和TE₁₁₁腔两种，这两类微波腔体积较大，不利于原子频标的小型化。非标准腔可以有效减小体积，主要包括磁控管腔、开槽管腔、同轴TEM腔和介质填充腔。磁控管腔由文献G.Mileti，I.Ruedi and H.Schweda，Proc.7th EFTF，515(1992)描述，开槽管腔由文献GanghuaMei,Miniatured microwave cavity for atomic frequencystandard.US Patent:6225870B1,2001描述，这两类微波腔的核心结构是圆弧形的金属极片和极片间的窄槽，该结构激励得到微波磁场场型为类TE₀₁₁模式，非常利于激发原子产生钟跃迁信号，适用于高性能铷原子频标的研制，但这类微波腔使用圆柱形原子泡，微波腔的有效体积比（原子泡体积与微波腔体积之比）太小，使用此类微波腔研制超薄型铷原子钟时，必需以减小原子泡体积为代价，从而引起了原子泡内原子数目的减少，进而减小了原子信号，所以此类微波腔不适合于超薄型铷原子频标的研制。同轴TEM腔由文献J.邓,超小型微波腔,CN1452798A,2003描述，典型的介质填充腔由文献H. E. Williams,Compact Rectangular Cavity for Rubidium Vapor Cell Frequency Standards.37th Annual Symposium on Frequency Control(1983)描述，这两种腔的有效体积比较大，适合于研制超薄型铷原子频标，但是同轴TEM腔工作时的微波磁场为TEM模式，介质填充腔工作时微波磁场为TE₁₁₁模式，这两种微波磁场模式均不利于激发原子产生钟跃迁信号，不适于高性能铷原子频标的研制。

发明内容

本发明的目的针对现有技术存在的上述问题，提供了一种矩形原子频标微波腔，体积小巧、结构简单、工作时微波磁场模式为类TE₀₁₁模式，可用于研制生产超薄型高性能铷原子频标。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种矩形原子频标微波腔，包含腔体，其特征在于，腔体包括腔筒，第一极片通过第一支柱和腔筒的内壁连接，第二极片通过第二支柱和腔筒的内壁连接；第一极片和第二极片相对设置，