[实用新型]一种CPT原子钟的加热系统和装置

说明书

本实用新型公开了一种CPT原子钟的加热系统，包括第三电阻R3、第四电阻R4、热敏电阻、运算放大器、三极管、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8；第三电阻R3的一端与电源芯片连接，另一端与三极管的集电极连接，第四电阻R4与第三电阻R3并联；运算放大器的正向输入端用于输入参考电压；运算放大器的输出端与三极管的基极连接；第六电阻R6的第一端与三极管的发射极连接，第八电阻R8和第七电阻R7的第一端皆与第六电阻R6的第二端连接，第八电阻的第二端与运算放大器的负向输入端连接，第七电阻R7的第二端接地；热敏电阻的一端与第一恒压源连接，另一端与运算放大器的负向输入端连接。其采用的一体式温度加热电路使得VCSEL和蒸汽泡同时加热，方便调节与控制。

技术领域

本实用新型涉及原子钟技术领域，具体涉及一种CPT原子钟的加热系统和装置。

背景技术

在人类对微观粒子的不断探索中，1976年Alzetta等人发现了相干布局囚禁现象(Coherent Population Trapping，CPT)，使得原子钟的小型化和微型化成为可能。近年来随着科学技术的发展，越来越多的行业和领域需要准确和精确的时钟信息，如交通运输，实时定位，实时导航，实时通信以及军事领域。

垂直腔面发射激光器(VCSEL)是一种新型激光器，其主要特点是垂直表面发光。激光器的输出波长受所处温度和工作电流的影响，保持温度不变，改变激光器电流，激光波长随着电流的增大而增大，保持激光器电流不变，随着温度的升高，激光器出射波长增加，为了获得所需波长，必须给激光器一个稳定的工作温度。

蒸汽泡是原子钟物理部分的核心部件，其作用是提供稳定可靠的原子蒸气，常温状态下，碱金属在蒸气泡中处于液态，液态原子无法与激光场进行相互作用，通过加热的方式使得碱金属汽化，汽化后的原子充满整个蒸气泡便于原子和光场充分作用。

北京大学的研究人员在论文《微型化相干布局囚禁原子钟的实验研究》中以及现有专利201811585192.1《一种用于CPT原子钟的VCSEL温度点扫描方法及系统》中都有提到将激光器与蒸气泡分离开来进行温度控制的方法，激光器使用集成在VCSEL上的可控硅电流流向来控制温度，电流为正时启动加热，电流为负时启动温度冷却，虽然这种方式可以将VCSEL的温度变化控制在非常小的范围内，但是利用这种方式能够实现的稳定控温的范围较小，并且需要激光器与蒸气泡隔离，在隔离过程中需要另外加入隔热材料，这样会大大增加原子钟物理封装的体积和组装难度。另外激光器和蒸气泡需要两条独立的加热电路，元器件的增加也会给PCB设计带来难度，同时也会增加控制代码编写的工作量。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种CPT原子钟的加热系统和装置，其采用的一体式温度加热电路使得VCSEL和蒸汽泡同时加热，方便调节与控制。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种CPT原子钟的加热系统和装置，包括第三电阻R3、第四电阻R4、热敏电阻、运算放大器、三极管、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8；

所述第三电阻R3的一端与电源芯片连接，另一端与三极管的集电极连接，所述第四电阻R4与第三电阻R3并联；所述第三电阻R3和第四电阻R4为加热电阻；

所述运算放大器的正向输入端用于输入参考电压；所述运算放大器的输出端与三极管的基极连接；所述第六电阻R6的第一端与三极管的发射极连接，所述第八电阻R8和第七电阻R7的第一端皆与第六电阻R6的第二端连接，所述第八电阻的第二端与运算放大器的负向输入端连接，所述第七电阻R7的第二端接地；

所述热敏电阻的一端与第一恒压源连接，另一端与运算放大器的负向输入端连接,通过采集所述第八电阻两端的电压以获得热敏电阻的阻值和当前温度值。

作为优选的，还包括用于读取当前温度值的微控制单元MCU。