[發(fā)明專利]一種延長磁選態(tài)銫束管壽命的方法和磁選態(tài)銫原子鐘

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611140590.3
• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN107065502B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發(fā)明（設計）人: 陳江;崔敬忠;李得天;張滌新;王驥;馬沛;馬寅光;楊煒;涂建輝;王多書;黃良玉;楊軍;朱宏偉;成大鵬;鄭寧;郭磊;董鵬玲
• 申請（專利權）人: 蘭州空間技術物理研究所
• 主分類號: G04F5/14
• 分類號: G04F5/14;H03L7/26
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 溫子云;仇蕾安

本發(fā)明公開了一種延長磁選態(tài)銫束管壽命的方法和一種磁選態(tài)銫原子鐘，能夠延長現(xiàn)有國產(chǎn)銫束管和磁選態(tài)銫原子鐘的壽命。本發(fā)明通過降低倍增器輸出電流的方式延長了其壽命，最終將銫鐘的壽命提高一倍以上。同時采用外部電路放大的方式將電子倍增器的輸出信號電流恢復到鎖頻要求，并增加電子倍增器工作電壓自動調(diào)節(jié)功能保證了銫鐘性能指標要求。

技術領域

本發(fā)明涉及磁選態(tài)銫原子鐘技術領域，具體涉及一種延長磁選態(tài)銫束管壽命的方法和一種可延長壽命的磁選態(tài)銫原子鐘。

背景技術

小型磁選態(tài)銫原子鐘作為可搬運的一級頻標，在時間頻率領域具有重要的地位。在我國，從上世紀六十年代就開始了小型磁選態(tài)銫原子鐘的研制，然而銫束管的壽命問題直到最近才得到突破，研制出了超過4年長壽命銫束管。盡管如此，對現(xiàn)有無論長壽命還是短壽命的銫束管，進一步延長它們的壽命仍然具有重要意義。

銫束管是銫原子鐘的核心部件，由鈦泵、銫爐、A磁鐵、微波腔、B磁鐵、離化絲、電子倍增器等部件構成，這些部件的布局由圖1所示。其中鈦泵用于維持銫束管的工作真空度，銫爐用于金屬銫的儲存和加熱，A、B磁鐵選出所需的態(tài)，微波腔用于實現(xiàn)銫原子的躍遷，離化絲將躍遷銫原子離化為銫離子，電子倍增器收集銫離子信號并將該信號放大后輸出。銫束管的壽命跟其中的鈦泵、離化絲、銫爐和電子倍增器等部件緊密聯(lián)系，決定于以下因素：

①銫束管真空度變差導致鈦泵高壓短路；

②離化絲脆斷；

③銫爐內(nèi)的銫金屬消耗完畢；

④電子倍增器增益衰減。

近年來由于國內(nèi)真空技術的發(fā)展，因素①和②已經(jīng)解決，可保證十年以上的壽命。因素③可通過增加金屬銫的裝載量解決，現(xiàn)在國產(chǎn)銫束管裝銫量超過5克，有的甚至高達9克，可保證八到十五年的使用量。因此①②③已經(jīng)不影響銫束管的壽命。目前影響銫束管壽命的主要因素是電子倍增器的增益衰減，其表現(xiàn)形式是電子倍增器在工作時輸出信號電流的持續(xù)下降。為了銫鐘鎖頻的需要，信號電流要求在100nA以上。鎖頻后由于電子倍增器增益值不斷衰減，電流值會越來越小，直至20nA時，銫鐘將失鎖，壽命終了。不同壽命的銫束管下降的速率不同，短壽命的銫束管由100nA降至20nA往往不到兩個月，長壽命需要幾年的時間。盡管國內(nèi)近期突破了電子倍增器的壽命問題，但跟其它部件的壽命相比，還是存在著一定的差距，這種差距如果能通過其它技術方法得到彌補，將具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種延長磁選態(tài)銫束管壽命的方法以及一種延長壽命的磁選態(tài)銫原子鐘，該方案操作簡便、原理簡單，能夠在不影響銫鐘性能指標要求的情況下，延長銫束管的壽命，最終將銫鐘的壽命提高一倍以上。

為解決上述技術問題，本發(fā)明具體方法如下：

一種延長磁選態(tài)銫束管壽命的方法，磁選態(tài)銫束管和頻標電路組成了磁選態(tài)銫原子鐘；該方法包括：

限定磁選態(tài)銫束管中電子倍增器的輸出電流為某一設定值I₁；

在頻標電路中增加電流放大功能，用于將電子倍增器的輸出電流I₁放大至能夠?qū)崿F(xiàn)鎖頻的電流值I₂；

在頻標電路中增加電子倍增器電壓自動調(diào)節(jié)功能，用于監(jiān)測放大后的電流，當因電子倍增器增益衰減導致放大后的電流降低時，調(diào)整電子倍增器的工作電壓使放大后的電流升回I₂。

優(yōu)選地，通過調(diào)整電子倍增器的工作電壓限定電子倍增器的輸出電流。

優(yōu)選地，根據(jù)磁選態(tài)銫原子鐘對磁選態(tài)銫束管最低信噪比的要求，確定輸出電流I₁。

優(yōu)選地，I₂≥100nA。