[發(fā)明專(zhuān)利]一種H面彎曲π相位差環(huán)形拉姆齊微波腔

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811266709.0
• 申請(qǐng)日: 2018-10-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109407499B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫富宇;馬杰;劉杰;李孝峰;李超;張首剛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心
• 主分類(lèi)號(hào): G04F5/14
• 分類(lèi)號(hào): G04F5/14
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 程華

本發(fā)明公開(kāi)一種H面彎曲π相位差環(huán)形拉姆齊微波腔。所述微波腔包括：直矩形波導(dǎo)、環(huán)形腔體、探針座、探針和截止波導(dǎo)管；所述直矩形波導(dǎo)的開(kāi)放終端分別與所述環(huán)形腔體連接，所述環(huán)形腔體由矩形截面波導(dǎo)呈H面彎曲閉合而成；所述直矩形波導(dǎo)E面中央位置開(kāi)設(shè)有一個(gè)圓孔，所述探針座安裝于所述圓孔上方；所述探針內(nèi)嵌于所述探針座中，所述環(huán)形腔體上對(duì)稱(chēng)地開(kāi)設(shè)有供原子束通過(guò)的束孔，所述截止波導(dǎo)管分別與所述束孔連接；所述直矩形波導(dǎo)工作在奇次模式，所述環(huán)形腔體工作在偶次模式，使得所述兩束孔位置處的微波磁場(chǎng)相位差為π。本發(fā)明H面彎曲π相位差環(huán)形拉姆齊微波腔可有效降低束型原子鐘的分布腔相移，提高束型原子鐘的準(zhǔn)確度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及原子鐘研究領(lǐng)域，特別是涉及一種用于束型原子鐘的H面彎曲π相位差環(huán)形拉姆齊微波腔。

背景技術(shù)

準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度是評(píng)估原子鐘性能的兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。相比氣室型原子鐘，束型原子鐘因其避免了原子間，以及原子和玻璃氣室壁間的碰撞效應(yīng)，在準(zhǔn)確度上顯著優(yōu)于氣室鐘，同時(shí)還保持著工程化原子鐘的最佳長(zhǎng)期穩(wěn)定度記錄。最著名的束型原子鐘當(dāng)屬原惠普公司開(kāi)發(fā)的著名磁選態(tài)銫原子鐘，該原子鐘自上世紀(jì)60年代開(kāi)發(fā)成功后，又經(jīng)過(guò)了幾次改進(jìn)，現(xiàn)已商品化生產(chǎn)數(shù)十年，其性能優(yōu)異，可靠性高，廣泛應(yīng)用于全球的守時(shí)授時(shí)體系，并長(zhǎng)期定義了標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間——“秒”(L.S.Cutler“Fifty years ofcommercial caesium clocks”，Metrologia，42，S90-S99，2005)。國(guó)際上其他希望建立自主導(dǎo)航系統(tǒng)和時(shí)頻體系的國(guó)家都在投入相當(dāng)精力進(jìn)行技術(shù)和工藝攻關(guān)，以期盡快實(shí)現(xiàn)銫束鐘的科學(xué)和工程應(yīng)用。

銫束鐘性能的優(yōu)異以其各項(xiàng)不確定度的準(zhǔn)確評(píng)估為基礎(chǔ)，提高準(zhǔn)確度的過(guò)程本質(zhì)上就是首先找到不確度的來(lái)源，然后對(duì)其進(jìn)行定量評(píng)估，并據(jù)此找到降低該項(xiàng)不確定度的方法。目前已確認(rèn)的影響束鐘的不確定來(lái)源有約十項(xiàng)，包括靜磁場(chǎng)相關(guān)頻移、腔相移(包括端端腔相移和分布腔相移)、二階多普勒頻移、二階塞曼頻移、黑體輻射頻移、腔牽引效應(yīng)、鄰鐘躍遷牽引(拉比牽引和拉姆齊牽引)、光頻移、微波譜和伺服系統(tǒng)引起的頻移等。在以上各不確定來(lái)源中，最大的不確定度來(lái)自于腔相移(B.Boussert等“Frequency performancesof a miniature optically pumped cesium beam frequency standard”IEEETransactions on Ultrasonics，F(xiàn)erroelectrics，and Frequency Control，46(2)，1999)。換言之，目前束型鐘準(zhǔn)確度的進(jìn)一步提高主要受限于提供分離振蕩場(chǎng)的拉姆齊微波腔，故國(guó)際上一直在嘗試改進(jìn)拉姆齊腔的設(shè)計(jì)。

在這一背景下，先后出現(xiàn)了零相位差U形腔(R.E.Drullinger“Optically pumpedprimary frequency standards”，44th Annual Symposium on Frequency Control，pp76-81，1990)和π相位差U形腔(C.Audoin等“Properties of an optically pumped cesium-beam frequency standard withφ＝πbetween the two oscillatory fields”，IEEETransactions on Instrumentation and Measurement，43(4)，1994)。其中π相位差拉姆齊腔由于在原子-微波共振處原子躍遷幾率最小，使得散粒噪聲更小，鐘信號(hào)相對(duì)更優(yōu)。但無(wú)論采用哪種U形拉姆齊腔，束型鐘的腔相移依然十分顯著。