[發明專利]CPT原子鐘的物理系統

在審

• 申請號: 202111091461.0
• 申請日: 2021-09-17
• 公開（公告）號: CN113655701A
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 宋躍;王貴
• 申請（專利權）人: 波時（北京）科技有限公司
• 主分類號: G04F5/14
• 分類號: G04F5/14;H01S5/183;H01S5/024
• 代理公司: 北京市鼎立東審知識產權代理有限公司 11751
• 代理人: 朱慧娟;習淼

本申請涉及CPT原子鐘的物理系統，包括安裝基板以及在其上順次排布的激光器組件、準直透鏡組件及磁屏蔽殼組件，磁屏蔽殼組件的內部設置有堿金屬氣室，磁屏蔽氣室組件的相對兩側開設有過光孔，激光器組件的光軸、準直透鏡組件的光軸及磁屏蔽殼組件上的過光孔同軸設置，激光器組件包括第一絕熱支架、第一功率場效應管、VCSEL激光二極管及第一熱敏電阻，第一絕熱支架的下部與安裝基板固定連接，第一功率場效應管設置在第一絕熱支架上，VCSEL激光二極管及第一熱敏電阻均固定至第一功率場效應管的散熱片上。通過將第一功率場效應管的S極和D極分別連接到電源和地上，直接利用場效應管的自身發熱來對激光二極管加熱，電能的利用效率高。

技術領域

本申請涉及原子鐘領域，尤其涉及一種CPT原子鐘的物理系統。

背景技術

CPT原子鐘是一種可以小型化低功耗的實用原子鐘，具有較大的應用潛力。CPT原子鐘由物理部分和電路部分組成。物理部分工作中由于需要加熱控溫，因此是主要整機的重要耗能部分。典型的CPT原子鐘整機功耗通常在1W左右，和傳統的銣原子鐘(典型功耗8W～15W)及恒溫晶振(典型功耗2W～5W)相比有一定優勢，但也不是特別明顯。新型CPT原子鐘的物理部分采用MEMS工藝減小尺寸，采用高真空絕熱等技術工藝增大了熱阻，功耗可以降低到0.1W～0.25W，相比傳統原子鐘和恒溫晶振優勢明顯，但MEMS工藝和高真空絕熱難度大，制作復雜，產品成本高。

發明內容

有鑒于此，本申請提出了一種CPT原子鐘的物理系統，包括安裝基板以及在所述安裝基板上順次排布的激光器組件、準直透鏡組件及磁屏蔽殼組件；所述磁屏蔽殼組件的內部設置有堿金屬氣室，所述磁屏蔽氣室組件的相對兩側開設有過光孔；所述激光器組件的光軸、所述準直透鏡組件的光軸及所述磁屏蔽殼組件上的過光孔同軸設置；所述激光器組件包括第一絕熱支架、第一功率場效應管、VCSEL激光二極管及第一熱敏電阻；所述第一絕熱支架的下部與所述安裝基板固定連接；所述第一功率場效應管設置在所述第一絕熱支架上；所述VCSEL激光二極管及所述第一熱敏電阻均固定至所述第一功率場效應管的散熱片上。

在一種可能的實現方式中，所述VCSEL激光二極管通過導電膠粘接固定至所述第一功率場效應管的散熱片上。

在一種可能的實現方式中，所述第一熱敏電阻的一端與所述第一功率場效應管的散熱片焊接固定。

在一種可能的實現方式中，所述第一功率場效應管為P型功率場效應管，所述第一功率場效應管的S級與電源電連接，所述第一功率場效應管的D極與所述第一功率場效應管上的散熱片相連通，以使所述第一功率場效應管的D極接地；所述VCSEL激光二極管的負極與所述第一功率場效應管的D極電連接，且接地；所述第一熱敏電阻的一端與所述第一功率場效應管的D極電連接，且接地；所述第一功率場效應管的D極、所述VCSEL激光二極管的負極以及所述第一熱敏電阻的一端為等電位點。

在一種可能的實現方式中，磁屏蔽殼組件包括外屏蔽盒、第二絕熱支架及內屏蔽盒；所述外屏蔽盒固定設置在所述安裝基板上；所述第二絕熱支架呈“Π”字型，固定至所述外屏蔽盒的底部內壁；所述內屏蔽盒位于所述外屏蔽盒內，所述內屏蔽盒固定至所述第二絕熱支架上，且所述堿金屬氣室置于所述內屏蔽盒內。

在一種可能的實現方式中，所述磁屏蔽殼組件還包括線圈；所述內屏蔽盒呈“凸”字型，在所述第二絕熱支架上水平放置，所述內屏蔽盒對稱的兩側腔室內分別安裝有線圈，所述線圈與所述過光孔同軸設置；所述堿金屬氣室為柱形透光材質，且位于兩側的所述線圈分別貼附所述堿金屬氣室的兩個通光面。

在一種可能的實現方式中，所述內屏蔽盒向外凸起相對的側壁外固定安裝有第二功率場效應管及第二熱敏電阻。

在一種可能的實現方式中，所述外屏蔽盒與所述內屏蔽盒的間距大于1mm。