[發(fā)明專利]銣原子頻標(biāo)的低功耗光譜燈裝置

無效

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• 申請日: 2011-02-21
• 公開（公告）號: CN102159015A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 雷海東;管樺;管妮娜;盛榮武
• 申請（專利權(quán)）人: 江漢大學(xué)
• 主分類號: H05B41/14
• 分類號: H05B41/14;H05B41/36
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 俞鴻

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及被動型銣原子頻標(biāo)領(lǐng)域，更具體地涉及一種銣原子頻標(biāo)的低功耗光譜燈裝置。

背景技術(shù)

原子頻標(biāo)是一種具有優(yōu)良穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度的頻率源，已廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星的定位、導(dǎo)航和通信、儀器儀表以及天文等領(lǐng)域。而銣原子頻標(biāo)因其具有體積小、重量輕、功耗低、成本低等優(yōu)勢而成為目前應(yīng)用最為廣泛的原子頻標(biāo)。

其中，產(chǎn)生抽運(yùn)光的光譜燈是原子頻標(biāo)的關(guān)鍵部件，它的性能對原子頻標(biāo)的短期和長期頻率穩(wěn)定度有著直接的影響。通常，光譜燈裝置包括內(nèi)部充有金屬銣和起輝氣體的光譜燈、激勵光譜燈產(chǎn)生抽運(yùn)光的射頻振蕩電路、罩在光譜燈上的恒溫套以及用于控制恒溫套使光譜燈保持恒溫的恒溫控制電路。一般，起輝氣體為激發(fā)電位低、化學(xué)性質(zhì)不活潑的惰性氣體，例如：氬氣和氪氣。

在光譜燈啟動的初始時刻，射頻振蕩電路產(chǎn)生的高頻電場使光譜燈中的起輝氣體電離發(fā)光。電離后的起輝氣體離子在高頻磁場的作用下在光譜燈內(nèi)作高速螺旋運(yùn)動。光譜燈內(nèi)的溫度在恒溫控制電路和等離子體加熱效應(yīng)的作用下升至120°左右的恒溫點(diǎn)上，而光譜燈內(nèi)的金屬銣形成單質(zhì)銣原子飽和蒸氣。高速運(yùn)動的起輝氣體離子和蒸氣狀的銣原子發(fā)生碰撞，使銣原子獲得能量進(jìn)入高能級，然后從高能級躍遷至低能級，釋放出光子。

通常，在將光譜燈中的起輝氣體從常態(tài)電離至電離態(tài)的過程中，需要射頻振蕩電路提供較大的激勵功率，但是，當(dāng)光譜燈啟動后，維持光譜燈正常運(yùn)行所需的激勵功率比較小。然而，在現(xiàn)有的射頻振蕩電路中，由于沒有設(shè)置任何開關(guān)電路控制射頻振蕩電路提供的激勵功率，因而當(dāng)光譜燈啟動后，射頻振蕩電路仍然提供較大的激勵功率，從而導(dǎo)致激勵功率多余。而多余的激勵功率會帶來如下影響：第一，由于激勵功率大，相應(yīng)地導(dǎo)致射頻振蕩電路中的晶體管消耗的功率也大，因而容易造成晶體管過熱，影響晶體管的輸出，從而降低了原子頻標(biāo)的穩(wěn)定性；第二，由于相當(dāng)一部分多余的激勵功率會以輻射的方式釋放出來，它將對整個銣原子頻標(biāo)的整機(jī)系統(tǒng)造成干擾，從而引起電磁兼容的問題。另外，對于星載用的原子頻標(biāo)而言，由于星載用的原子頻標(biāo)工作在外層空間，衛(wèi)星可使用的能量很有限，因而，現(xiàn)有的射頻振蕩電路的激勵方式會造成多余激勵功率的浪費(fèi)。

為了解決上述問題，常用方法是在光譜燈的電源電路中接入一個手動開關(guān)，在光譜燈的啟動前，觸動手動開關(guān)給射頻振蕩電路提供高電源電壓，從而給光譜燈提供較大的激勵功率，使光譜燈迅速起輝。然后，觸動手動開關(guān)給光譜燈提供較低的電源電壓，使激勵功率降低至正常態(tài)，保持光譜燈正常工作。然而，這樣的控制方式導(dǎo)致使用非常不方便。

因此，有必要提供一種使用方便且功耗低的光譜燈裝置來克服上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種功耗低、使用方便且可提高原子頻標(biāo)輸出頻率穩(wěn)定性的銣原子頻標(biāo)的低功耗光譜燈裝置。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種銣原子頻標(biāo)的低功耗光譜燈裝置，包括光譜燈、激勵所述光譜燈產(chǎn)生抽運(yùn)光的射頻振蕩電路、罩在所述光譜燈上的恒溫套以及用于控制所述恒溫套使所述光譜燈保持恒溫的恒溫控制電路，所述射頻振蕩電路包括依次連接的濾波電路、放大電路以及振蕩選頻電路，所述放大電路包括晶體管、第一偏置電阻、第二偏置電阻和正溫度系數(shù)熱敏電阻，所述第一偏置電阻連接在所述晶體管的集電極和基極之間，所述第二偏置電阻與所述第一偏置電阻串聯(lián)，所述正溫度系數(shù)熱敏電阻與所述第二偏置電阻并聯(lián)，且所述正溫度系數(shù)熱敏電阻設(shè)于所述恒溫套中。

優(yōu)選地，所述振蕩選頻電路包括反饋電容、第一電容、激勵線圈、第二電容以及第一電感，所述反饋電容連接在所述晶體管的發(fā)射極和基極之間，所述第一電感的兩端分別與所述反饋電容的一端和地連接，所述第一電容和所述激勵線圈依次與所述反饋電容的另一端相連并通過所述第二電容接地，所述光譜燈設(shè)于所述激勵線圈中。

優(yōu)選地，所述銣原子頻標(biāo)的低功耗光譜燈裝置還包括中性濾光片，所述中性濾光片設(shè)于所述光譜燈的前方。所述中性濾光片可保證即不大范圍的改變光譜燈的光強(qiáng)又不改變光譜燈的溫度的情況下，將光譜燈發(fā)出的光衰減到所需的光強(qiáng)，從而減小銣原子頻標(biāo)的光頻移，進(jìn)而提高銣原子頻標(biāo)輸出頻率的穩(wěn)定性。

優(yōu)選地，所述中性濾光片為透明塑料。一方面，由于透明塑料比較薄，因而能夠方便地置入光譜燈裝置中；另一方面，由于單片的透明塑料對光的衰減率比較小，因而，透明塑料可對光進(jìn)行比較精細(xì)的調(diào)節(jié)。

優(yōu)選地，所述銣原子頻標(biāo)的低功耗光譜燈裝置還包括凸透鏡，所述凸透鏡設(shè)于所述中性濾光片的前方。由于凸透鏡可增加透過的光，因而，可提高光的利用率。