[發明專利]一種芯片式銣濾光泡

有效

• 申請號: 200910111374.X
• 申請日: 2009-03-27
• 公開（公告）號: CN101510779A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: 郭航;王盛貴;林立偉
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H03L7/26
• 分類號: H03L7/26;G04F5/14;H01J61/74;H01S3/098
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及一種濾光裝置，尤其是涉及一種主要適用于常規、微小型化與芯片式以及應用激光作為光源的各種銣原子鐘的濾除特定譜線的芯片式銣濾光泡。

背景技術

隨著現代科技的發展，許多領域如衛星通信技術、全球衛星定位系統(GPS)、雷達系統、交通控制系統以及電力調度等都需要更加穩定而精確的時間頻率信號，傳統的機械定時和晶振定時已經不能滿足需要。原子頻標具有極高的穩定度和準確度，所以得到了越來越廣泛的運用。其中銣原子頻標體積小，重量輕，性能較好，并且成本較低，是所有原子頻標中應用最廣泛的一種。

銣原子頻標由物理部分和電路伺服部分構成。物理部分對銣原子頻標的短期及長期穩定性起到決定性的作用，物理部分由產生抽運光的銣燈(或稱銣光譜燈)和腔泡系統組成。腔泡系統包括微波諧振腔、銣吸收泡、銣濾光泡和光電探測器等。銣燈發出的光譜經過濾光泡后，濾除了不需要的光譜得到抽運光，吸收泡內的銣原子被抽運光照射后，使得銣原子基態兩個超精細能級之間粒子數發生反轉，即上能級的粒子數高于下能級。當加在吸收泡上的微波頻率與兩能級頻率間隔相吻合時，銣原子將從上能級躍遷至下能級，即發生微波躍遷。當微波躍遷發生時，光電池探測到光強信號將發生變化，稱為光檢信號。銣原子頻標正是利用這一光檢信號作為誤差信號，來控制晶體振蕩器的輸出頻率，并將通過頻率變換后得到的微波頻率鎖定在銣原子基態超精細能級的躍遷譜線上，最終在晶體振蕩器得到穩定的標準頻率輸出。其中，抽運光質量即抽運光的譜線寬度及對稱性對原子鐘的長期穩定性影響很大。為了得到高質量的抽運光，濾光泡性能就顯得至關重要。由此可見，濾光泡的濾光效果對原子鐘的性能有很大的影響。

目前，銣原子鐘里現有的常規濾光泡的構造是一個圓柱形或球形的玻璃泡，直徑在1～2cm，厚度在0.3～2cm，里面充入銣(通常是銣-85)或銣蒸汽(通常是銣-85蒸汽)與緩沖氣體(通常是惰性氣體)。這種濾光泡體積較大，由于濾光泡要工作在50～130℃下，較大的體積會造成較多的熱能損耗，因此功耗過高；同時，由于厚度較大，在不需要的譜線被濾除的同時，所需要的譜線經過常規濾光泡后，衰減比較大。

公開號為CN101237077的中國發明專利申請公開一種小型化銣原子頻標的腔泡系統，其微波腔筒由高磁導率材料制作，微波腔筒套裝有加熱筒，在加熱筒的抽運光入射端口還裝有把銣光譜燈所發的光線匯聚后透射到微波腔內的凸透鏡，C場線圈直接繞制在置于微波腔筒和吸收泡之間的介質筒上，且濾光泡的尾部尖頭集中于泡端圓形平面的中心，吸收泡尾部尖頭集中于泡端圓形平面的邊緣，光電池和階躍二極管固聯在可移動固定的腔端蓋內壁端面上。該發明腔內無機械調節桿，以腔內倍頻方式，采用圓柱形TE111模式、填充介質方法摒棄了現有技術磁屏筒的復雜結構，減小了腔泡系統體積。在加熱筒抽運光入射端口加裝凸透鏡增大抽運光光強，確保了腔泡系統性能。腔頻微調采用移動光電組件，調試方便且不會引起場形畸變。

周忠石等(周忠石，王亮，郭鵬翔，銣原子頻率標準的小型化研究，宇航計測技術，2002，22(1)：1-6)報道了有關銣原子頻率標準的小型化研究。

馮浩等(馮浩，崔敬忠，翟浩，張俊，濾光對被動式銣鐘穩定性影響的研究，真空與低溫，2007，13(3)：151-154)報道了有關濾光對被動式銣鐘穩定性影響。

發明內容

本發明的目的在于針對現有的濾光泡所存在的體積大、功耗高、濾光效果不理想等缺點，提供一種不僅體積較小、功耗較低，而且可有效濾除不需要的譜線，減小所需要的譜線的衰減，獲得較好濾光效果的芯片式銣濾光泡。

本發明設有一硅片，在硅片中央設有一個通孔，在通孔的一邊上設有溝道，通孔經溝道與外部連通。在硅片兩側面分別設有玻璃片，硅片與兩側面的玻璃片鍵合成一塊芯片，硅片中央的通孔與硅片兩側面的玻璃片構成的腔體內充入銣-85惰性氣體。

所述硅片兩側面的玻璃片的外形和尺寸最好均與硅片相同，所述硅片可為方形硅片或圓形硅片等，硅片的厚度可為0.1～2mm，方形硅片的邊長可為3～30mm，圓形硅片的直徑可為3～30mm，硅片兩側面的玻璃片可為方形玻璃片或圓形玻璃片，方形玻璃片的邊長可為3～30mm，圓形玻璃片的直徑可為3～30mm，所述通孔可為方形通孔或圓形通孔等，方形通孔的邊長可為2～15mm，圓形通孔的直徑可為2～15mm。玻璃片的厚度最好與硅片厚度相同。

所述溝道的橫截面可以是三角形、方形、梯形或圓形等，三角形、方形、梯形的每邊邊長可為0.1～2mm，圓形的直徑可為0.1～2mm。