[其他]小型内真空可调式铯束管

说明书

本发明涉及一种适用于高精度频率和时间标准的频率鉴别装置，一种小型内真空可调式铯束管，铯束管是铯原子频标的核心装置，它被广泛用于导航、守时、时间统一系统和高精度频率校准系统。

原子束管是一种频率鉴别装置，它的工作原理是利用原子超精细能级之间的跃迁频率，校准并控制晶体振荡器的频率，用它作为频率标准的信号源。利用铯原子的原子束管-铯束管由以下主要部分组成：作为铯原子束发生器的铯炉[1]、第一选态磁铁-A磁铁[3]、第二选态磁铁-B磁铁[5]、作为高频传输部分的谐振腔[4]、均匀弱磁场-C场线圈及屏蔽[6]、捡测器[7]。铯束管的工作程序为：铯原子在温度约80-100℃状态下，由铯炉蒸发出来，经过位于铯炉炉口的准直器形成铯原子束，铯原子束经过A磁铁[3]选态后，射入谐振腔[4]，在其中受到均匀弱磁场（由C场线圈产生的磁场）和微波场的作用，铯原子发生超精细能级之间的跃迁，然后经过B磁铁[5]选态，选出发生过跃迁的铯原子，最后铯原子束聚焦到检测器[7]中处于高温状态的金属带上，检测器[7]将铯原子离化，再经离子透镜系统将离子束引向电子倍增器，经放大后被引出作为频标系统的控制信号。在铯束管中，铯原子发射、跃迁、聚焦的过程都需在至少达10^-8乇的超高真空条件下进行，为保证铯束的正常偏转需要特定的光学配置，因此，零部件的机械对准和超高真空条件是保证铯束管性能的关键，这两方面稍有偏差都会降低频率标准的精确度，铯束管的零部件必须位置准确、固定牢靠，经机械冲击和温度变化后，各部件还能保持精确的机械对准。为获得最佳光学配置，达到机械对准，有两种方法，一种是经精确计算，各部件的加工组装都按计算结果进行按排，但机械加工存在误差，高精度必然提高加工难度，会使加工合格率降低，成本提高;另种方法是使各部件位置可调，以求获得最佳效果。国内外在铯标研制工作中，曾作过多方努力，目的在于获得最佳光学配置。美国专利4，354，108，名称为：原子束装置，该装置包括原子束发生器、第一、二选态磁铁、作为高频传输部分的谐振腔及捡测器，它们依次安装在处于真空腔中的原子束通道上，采取只对原子束通道密封的内真空形式，谐振腔为一实体结构，第一、二选态磁铁部分通过金属园柱固定在该实体结构上，调节每个金属园柱可使磁铁部分得到微量的平行移动，正体性能主要取决于零件的加工精度和部件间相对位置的准确程度，因此，对零部件要求较高，该装置在真空条件下校直原子束通道较困难。

本发明的目的在于提供一种加工成本低、结构紧凑，便于排气和保持超高真空条件、零部件位置便于调节和更换的小型内真空可调式铯束管。

本发明的内容：对铯束管也采取局部密封形式，即只对铯束通道密封的内真空形式，铯束通道是指铯束经过的空间，它从铯炉[1]开始，通过A磁铁[3]的磁隙、谐振腔[4]上的通管[9]、B磁铁[5]的磁隙，到检测器[7]，在保证铯束通道密封的情况下，使真空容积尽可能小，所有部件的附属部分都放置于真空室外。铯炉[1]、A磁铁[3]、谐振腔[4]、B磁铁[5]和检测器[7]之间利用便于调节部件位置的软件连接，连接处采取焊封方式密封，该装置的真空容积大大小于同种结构全密封形式的真空容积：以上部件分段组装并分别固定在导板[10]上，谐振腔[4]作成实体结构，C场线圈和屏蔽[6]附装在该实体结构上，由于各部件之间采取软件连接，部件间的相对位置可适当调节，铯炉[1]与A磁铁[3]之间、检测器[7]与B磁铁[5]之间的软件为波纹管[2]，它的侧面呈可伸缩的波纹状，所以，铯炉[1]和检测器[7]可作横向调节;谐振腔[4]与A磁铁[3]、B磁铁[5]之间的软件为波盘[8]，它的盘面上带有折皱，所以，A磁铁[3]和B磁铁[5]可作适当扭动调节;部件可在偏离中心±5mm的范围内调节。

本发明的优点如下：

由于部件之间采用便于调节位置的软件连接，部件可在偏离中心±5mm范围内调节，这可在不影响真空室的真空度的情况下，将铯束通道调节到最佳光学配置;调节方便。

该装置的外部零部件可在排气后组装，这可保证磁铁、屏蔽材料、C场线圈和测温、控温热敏电阻等不受排气烘烤温度的影响;由于部件分段组装，对存在工艺缺陷或已失效的铯束管可以再次利用其中的零部件。该装置加工成本低。

以下结合附图说明本发明的结构：

图1是铯束管工作原理及内真空形式示意图

图2是铯束管结构图

图3是波纹管[2]和波盘[8]示意图

图4是铯束管部件调节示意图