[發明專利]一種信號探詢裝置、氫原子頻標

有效

• 申請號: 201710586715.3
• 申請日: 2017-07-18
• 公開（公告）號: CN107332561B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 劉善敏;朱建軍;吳玲玲
• 申請（專利權）人: 上海示方科技有限公司
• 主分類號: H03L7/26
• 分類號: H03L7/26
• 代理公司: 上海百一領御專利代理事務所(普通合伙) 31243
• 代理人: 王路豐;汪祖樂

本發明提出了一種信號探詢裝置，包括襯底、下電極、壓電薄膜、上電極，所述下電極設置在所述襯底上，所述壓電薄膜設置在所述下電極上；所述上電極設置在所述壓電薄膜上，所述上電極、下電極分別于電源電氣連接，所述壓電薄膜的厚度為λ，則：λ＝α/2≈v/2f，其中，α為聲波的波長，v表示聲音的速度，f為氫原子基態躍遷脈澤信號頻率。本發明提供的一種信號探詢裝置，實現高Q值、大功率容量、高換能效率、小溫度系數，替代傳統氫原子頻標微波諧振腔和微波耦合環，對躍遷信號進行諧振耦合探測。

技術領域

本發明涉及氫原子頻標領域，具體涉及一種用于氫原子頻標的信號探詢裝置。

背景技術

時間是五個基本物理量之一，對其的精確計量具有重要的科研和應用價值。進入二十世紀后，利用確定能級躍遷實現高精度時間輸出的原子頻標逐漸成熟，并得到廣泛地應用。目前實用型的原子頻標包括銣原子頻標、銫原子頻標和氫原子頻標，其中氫原子頻標具有優秀的中短期穩定度和良好長期穩定度和漂移率指標，可用于守時授時、導航定位和通訊保障等眾多領域。

氫原子鐘的工作原理是利用氫原子基態(F＝1，mF＝0)和(F＝0，mF＝0)兩超精細能級之間的躍遷頻率來鎖定晶振。工業氫氣通過提純之后導入電離源系統，在此期間氫分子離解成為原子狀態，同時發光發熱，氫原子由準直器形成原子束流，在磁選態器的作用下，(F＝1，mF＝0)態的氫原子射入微波諧振腔中的儲存泡，并在其中發生微波共振躍遷，使腔內微波能量增加，通過檢測微波諧振腔內的微波能量就可以將電路系統輸出的微波信號鎖定在原子躍遷譜線上，從而可以得到具有高穩定度和高準確度的輸出信號。由此可見，氫原子頻標的核心是其物理部分，包括氫源系統、電離源系統和腔泡系統等，其中腔泡系統是氫原子頻標的重要子系統。腔泡系統的作用是將經過態選擇的高能態氫原子在微波諧振腔泡內在一定條件下受激輻射，產生能級躍遷信號，并在微波諧振腔的諧振作用下產生諧振頻率信號，即腔泡系統的作用是對原子躍遷脈澤信號的探詢并輸出一定線寬和功率增益的標準頻率信號。這樣高能態的氫原子在腔泡運動過程中就會發生受激輻射，使腔內微波能量增加，并在微波諧振腔的諧振作用下產出共振信號，通過微波耦合環檢測微波諧振腔內的微波諧振能量就可以將晶體諧振器的諧振頻率鎖定在原子躍遷譜線上，從而可以得到具有高穩定度和高準確度的輸出信號。

現有腔泡系統的原理局限性：首先，內真空污染的問題，這個是隨著氫原子頻標開機時間而遞增的過程，其現象為氫原子頻標穩定度的惡化，內因為原子存儲區域的污染。這污染源具目前所分析得知源頭是氫頻標吸附泵，污染物有無機鹽組成，其釋放途徑和速率未知。這類污染問題程度較輕會使得氫頻標電性能惡化，嚴重的會使得物理功能性失效。其次，原子躍遷信號及其微弱，在微波腔小型化的過程中，隨著微波諧振腔尺寸的變小同時，信號會成比例下降，這必然帶來系統指標精度的急劇下降。傳統氫原子頻標還有吸附泵、溫控系統、磁屏蔽等，這些在小型化的過程中，都帶來工程實現上的困難。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種信號探詢裝置。本發明提供的一種信號探詢裝置，實現高Q值、大功率容量、高換能效率、小溫度系數，替代傳統氫原子頻標微波諧振腔和微波耦合環，對躍遷信號進行諧振耦合探測。

本發明采用的技術方案如下：

一種信號探詢裝置，包括襯底、下電極、壓電薄膜、上電極，所述下電極設置在所述襯底上，所述壓電薄膜設置在所述下電極上；所述上電極設置在所述壓電薄膜上，所述上電極、下電極分別于電源電氣連接，

所述壓電薄膜的厚度為λ，則：

λ＝α/2≈v/2f，

其中，α為聲波的波長，v表示聲音的速度，f為氫原子基態躍遷脈澤信號頻率。所述電源的電壓小于等于5v。

上述的一種信號探詢裝置，其中，所述襯底為半導體襯底/二氧化硅襯底/硅襯底/碳化硅襯底。

上述的一種信號探詢裝置，其中，所述壓電薄膜為AlN壓電薄膜。