[發(fā)明專利]一種氫原子頻標(biāo)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710587312.0
• 申請日: 2017-07-18
• 公開（公告）號: CN107342768B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉善敏;朱建軍;吳玲玲
• 申請（專利權(quán)）人: 上海新示方科技有限公司
• 主分類號: H03L7/26
• 分類號: H03L7/26
• 代理公司: 上海百一領(lǐng)御專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31243
• 代理人: 王路豐;汪祖樂

本發(fā)明提出了一種氫原子頻標(biāo)，包括至少一組陣列單元以及電源，各個陣列單元之間互相獨(dú)立，所述每組陣列單元包括：用以向所述氫原子頻標(biāo)提供氫并回收氫的氫源裝置；用以電離氫氣為氫原子使其具有高能態(tài)量子躍遷的電離源裝置；用以對量子躍遷信號進(jìn)行諧振耦合的信號探詢裝置；所述氫源裝置向電離源裝置輸出氫氣，所述電離源裝置對氫氣電離使氫等離子體流噴射向信號探詢裝置，在所述氫源裝置內(nèi)設(shè)有氫回收裝置用以從所述信號探詢裝置回收氫，所述電源向所述氫原子頻標(biāo)供電。本發(fā)明從物理實(shí)現(xiàn)機(jī)制上，從氫源的釋放和吸收，電離的氫等離子體中有效活性原子分布以及原子復(fù)合等情況綜合分析考慮，同時采用MEMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)多陣元級聯(lián)式制造技術(shù)，提高原子頻標(biāo)的系統(tǒng)集成度和可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及原子頻標(biāo)領(lǐng)域，具體涉及一種氫原子頻標(biāo)。

背景技術(shù)

時間(或頻率)是基本物理量之一。試驗(yàn)證明，微觀量子態(tài)的躍遷有穩(wěn)定不變的周期性的信號，從而一種作為時間或頻率計量的標(biāo)準(zhǔn)，即以原子微觀運(yùn)動的量子躍遷作為時間頻率標(biāo)準(zhǔn)—量子頻標(biāo)(原子鐘)。

傳統(tǒng)氫原子頻標(biāo)不管是主動型還是被動型，原理結(jié)構(gòu)都相對比較復(fù)雜，這主要是由氫是以何種分子態(tài)存在決定的，不易直接得到純凈的躍遷頻譜。世界范圍內(nèi)氫原子鐘應(yīng)用的廣泛性和普及型，原因就是氫鐘的優(yōu)良特性和成熟度高。但是氫原子鐘的體積和重量功耗以及復(fù)雜系統(tǒng)傳統(tǒng)復(fù)雜工藝帶來的不可靠性限制了其應(yīng)用范圍，而相對于銣鐘、銫鐘，在工藝技術(shù)和原理方法上的改進(jìn)設(shè)計，在CPT、激光、冷原子技術(shù)等方面的不斷改進(jìn)發(fā)展，氫鐘的小型化設(shè)計改進(jìn)發(fā)展響度比較保守和單一，僅僅是從傳統(tǒng)的微波諧振腔的小型化改進(jìn)入手，這種改進(jìn)帶來的性能局限就是諧振品質(zhì)迅速下降，Q值從主動型氫鐘的40000直接下降到6000，繼續(xù)縮小后Q值下降到不能滿足諧振要求。Q值的下降，直接帶來性能指標(biāo)的下降，被動型比主動型性能指標(biāo)下降一個數(shù)量級以上。簡單的說，從主動型到被動型，以及從被動型到小型化被動型及目前研究的超小型被動型，只是從尺寸大小的角度去改進(jìn)，沒有從物理特性的角度出發(fā)，進(jìn)行物理實(shí)現(xiàn)體制上進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種氫原子頻標(biāo)。本發(fā)明提供的一種氫原子頻標(biāo)，將原有的氫瓶開環(huán)系統(tǒng)設(shè)計為閉合循環(huán)系統(tǒng)，使氫氣循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)了氫源的閉環(huán)微系統(tǒng)，解決傳統(tǒng)開放式原子制備系統(tǒng)效率不高的缺點(diǎn)，促使氫原子頻標(biāo)實(shí)現(xiàn)芯片級體積；對氫氣的電離效率高，降低了對外部環(huán)境的要求；實(shí)現(xiàn)高Q值、大功率容量、高換能效率、小溫度系數(shù)，替代傳統(tǒng)氫原子頻標(biāo)微波諧振腔和微波耦合環(huán)，對躍遷信號進(jìn)行諧振耦合探測。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種氫原子頻標(biāo)，包括至少一組陣列單元以及電源，各個陣列單元之間互相獨(dú)立，所述每組陣列單元包括：

用以向所述氫原子頻標(biāo)提供氫并回收氫的氫源裝置；

用以電離氫氣為氫原子使其具有高能態(tài)量子躍遷的電離源裝置；

用以對量子躍遷信號進(jìn)行諧振耦合的信號探詢裝置；

所述氫源裝置向電離源裝置輸出氫氣，所述電離源裝置對氫氣電離使氫等離子體流噴射向信號探詢裝置，在所述氫源裝置內(nèi)設(shè)有氫回收裝置用以從所述信號探詢裝置回收氫，所述電源向所述氫原子頻標(biāo)供電。每組陣列單元之間功能相互獨(dú)立，一個損壞，不影響其他的使用。

上述的一種氫原子頻標(biāo)，其中，所述氫源裝置包括氫源硅基腔以及在中壓狀態(tài)下封裝在氫源硅基腔中儲氫材料，所述氫源硅基腔上設(shè)有向電離源裝置輸送氫源的出口，所述氫源硅基腔上設(shè)有從氫原子頻標(biāo)回收氫的入口，所述儲氫材料為在過飽和氫氣環(huán)境中吸附氫后的儲氫材料，所述氫源硅基腔的入口處設(shè)有壓差改變裝置，在所述氫源硅基腔入口處，所述壓差改變裝置使氫源硅基腔內(nèi)部的壓強(qiáng)小于氫源硅基腔外部的壓強(qiáng)，所述氫回收裝置包括壓差改變裝置。

上述的一種氫原子頻標(biāo)，其中，所述儲氫材料包括非晶合金儲氫材料和/或晶體合金儲氫材料。