專利名稱：原子頻標(biāo)微波腔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及原子頻率標(biāo)準(zhǔn)和微波技術(shù)，更具體涉及一種原子頻率標(biāo)準(zhǔn)用小型微波腔。
目前使用的類(lèi)似的微波腔有三種。第一種是環(huán)隙腔，由文獻(xiàn)W.Fronciszand James S.Hyde,J.Mag.Reson.47,515(1982)所描述；第二種由文獻(xiàn)H.Schweda,Le Landeron,G.Busca and P.Rochat.US.Pat.No.5,387,881所描述，第三種是改進(jìn)第二種腔得到的磁控管腔，由文獻(xiàn)G.Mileti,I.Ruedi and H.Schweda,Proc.7th EFTF,515(1992)描述。三種腔的主要特征是在圓柱腔體中心加入一個(gè)與圓柱腔體共軸放置的開(kāi)槽管。開(kāi)槽管是一個(gè)由若干(通常是四個(gè))尺寸相同的瓦狀電極圍成的管狀結(jié)構(gòu)，電極之間留有等距離的間隙，即所謂“槽”。電極具有電感的作用，槽則具有電容的作用，因而開(kāi)槽管實(shí)際上是一個(gè)電感——電容結(jié)構(gòu)。腔的諧振頻率主要由此電感——電容結(jié)構(gòu)的電感和電容決定。也就是由開(kāi)槽管的結(jié)構(gòu)參數(shù)決定。這種類(lèi)型的腔具有以下優(yōu)點(diǎn)第一，由于開(kāi)槽管體積可以做得很小。因此對(duì)于相同的諧振頻率，這種腔的體積很小；第二，開(kāi)槽管可以起到增強(qiáng)腔內(nèi)微波場(chǎng)能量和得到理想的微波場(chǎng)分布(如TE011模式)的作用；第三，微波吸收線寬小，即腔Q值高。三種腔的主要區(qū)別在于開(kāi)槽管的結(jié)構(gòu)。在第一種和第二種腔中，電極是分離的，故須將其粘貼于某種形狀的襯底材料上，以構(gòu)成一個(gè)完整的開(kāi)槽管。這種操作十分不便，稍有不慎，易使開(kāi)槽管結(jié)構(gòu)參數(shù)偏離設(shè)計(jì)值。在第三種腔中，電極與圓柱腔體加工為一體，即電極與圓柱腔體之間是金屬連接，開(kāi)槽管參數(shù)由機(jī)械加工精度決定，可以控制的非常精確，因而性能優(yōu)良，但也有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工成本高的缺點(diǎn)。另外，三種腔都沒(méi)有考慮利用增加槽的數(shù)目增大微波填充因子、利用腔內(nèi)介質(zhì)填充以進(jìn)一步縮小腔體積和利用微調(diào)螺桿實(shí)現(xiàn)腔頻微調(diào)的問(wèn)題。
本實(shí)用新型的目的是提供了一種原子頻標(biāo)微波腔，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，體積小，頻率調(diào)諧方便，微波填充因子大，原子樣品加熱效率高。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案它由開(kāi)槽管、圓柱腔體、介質(zhì)環(huán)、銣吸收泡、腔頻微調(diào)螺桿、加熱絲構(gòu)成。其特征是開(kāi)槽管上部有槽和電極，開(kāi)槽管與底蓋連為一體；電極或槽的數(shù)目大于2(例如2-16)；銣吸收泡插入開(kāi)槽管中；介質(zhì)環(huán)插入開(kāi)槽管和圓柱腔體之間，用粘膠粘牢，使腔形成半剛性結(jié)構(gòu)；在圓柱腔體側(cè)部開(kāi)有螺孔，孔中裝有腔頻微調(diào)螺桿。


圖1為原子頻標(biāo)微波腔結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為原子頻標(biāo)微波腔開(kāi)槽管結(jié)構(gòu)示意圖。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述根據(jù)圖1、圖2可知，它由開(kāi)槽管1、底蓋2、圓柱腔體3、頂蓋4、介質(zhì)環(huán)5、銣吸收泡6、加熱絲7、耦合環(huán)8、插座9、腔頻微調(diào)螺桿10、光電池11、螺釘12構(gòu)成。用螺釘12將底蓋2與圓柱腔體3相連接，將頂蓋4與圓柱腔體3連接。開(kāi)槽管1的上部開(kāi)有4個(gè)槽，余下的部分形成4個(gè)電極1a、1b、1c、1d，開(kāi)槽管1與底蓋2連為一體。開(kāi)槽管1上部的電極或槽的數(shù)目可為2-16。電極的尺寸相同。槽的尺寸也相同。對(duì)于一個(gè)性能良好的微波腔，總是希望有較大的微波填充因子。微波腔中有用的微波場(chǎng)只在開(kāi)槽管1的槽中存在，故槽的數(shù)目越多，微波填充體積越大，亦即微波填充因子越大。故可通過(guò)增加槽的數(shù)目來(lái)增大微波填充因子。銣吸收泡6密配合插入開(kāi)槽管1之中，介質(zhì)環(huán)5密配合插入開(kāi)槽管1和圓柱腔體3之間，用合適的粘膠粘牢，使腔形成半剛性結(jié)構(gòu)，保證腔有良好的機(jī)械穩(wěn)定性。銣吸收泡6內(nèi)充適量的金屬銣和一定成分和配比的緩沖氣體。加熱絲7纏繞在圓柱腔體3外壁，通入直流電流以加熱圓柱腔體3。熱量通過(guò)與圓柱腔體3相連的開(kāi)槽管1傳遞給銣吸收泡6，加熱其中的銣金屬，產(chǎn)生銣原子頻標(biāo)的工作物質(zhì)—銣蒸氣原子。這樣，加熱絲6產(chǎn)生的熱量就是通過(guò)金屬熱路傳遞銣吸收泡6，有利于提高加熱效率，降低熱功耗，并使銣吸收泡6得到均勻溫度分布，這對(duì)提高銣原子頻標(biāo)的性能是有好處的。外部的微波信號(hào)接入插座9并通過(guò)位于開(kāi)槽管1某個(gè)槽的緊上方的耦合環(huán)8耦合到微波腔內(nèi)。耦合環(huán)8還可以串聯(lián)接入一階躍二極管供腔內(nèi)微波倍頻之用。圓柱腔體3和介質(zhì)環(huán)5側(cè)部開(kāi)有共軸螺孔，孔中裝有腔頻微調(diào)螺桿10?？椎奈恢门c開(kāi)槽管1上的某一槽相對(duì)。腔頻微調(diào)螺桿10可通過(guò)旋進(jìn)或旋出而改變其在腔內(nèi)部分的多少，以實(shí)現(xiàn)諧振頻率的微調(diào)。這樣，腔頻微調(diào)就可在腔體其它部分已牢固連接的情況下進(jìn)行，操作十分簡(jiǎn)單。也可在圓柱腔體3的側(cè)部裝配一個(gè)以上的腔頻微調(diào)螺桿10，使得既能實(shí)現(xiàn)腔頻微調(diào)，又能保證腔內(nèi)微波場(chǎng)分布的對(duì)稱。光電池11可用絕緣粘膠粘于腔頂蓋4內(nèi)表面，用來(lái)探測(cè)銣吸收泡6中銣蒸氣原子光吸收信號(hào)。開(kāi)槽管1、底蓋2、圓柱腔體3、頂蓋4、腔頻微調(diào)螺桿10和螺釘12可用無(wú)磁或低磁金屬材料加工。介質(zhì)環(huán)5可用介電常數(shù)大于1、微波耗散小的介質(zhì)加工。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工容易，體積小，微波吸收強(qiáng)，腔Q值高，原子樣品加熱效率高，頻率微調(diào)方便，可廣泛應(yīng)用于小型化銣原子頻標(biāo)。
權(quán)利要求1.一種原子頻標(biāo)微波腔，它由開(kāi)槽管(1)、圓柱腔體(3)、腔頻微調(diào)螺桿(10)、加熱絲(7)構(gòu)成，其特征在于開(kāi)槽管(1)上部有槽和電極1a、1b、1c、1d，開(kāi)槽管(1)與底蓋(2)連為一體，銣吸收泡(6)插入開(kāi)槽管(1)中，介質(zhì)環(huán)(5)插入開(kāi)槽管(1)和圓柱腔體(3)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原子頻標(biāo)微波腔，其特征是圓柱腔體(3)側(cè)部開(kāi)有螺孔，孔中裝有腔頻微調(diào)螺桿(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原子頻標(biāo)微波腔，其特征是開(kāi)槽管(1)上部的電極或槽數(shù)目為2-16。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種原子頻標(biāo)微波腔,它由開(kāi)槽管、圓柱腔體、腔頻微調(diào)螺桿、加熱絲構(gòu)成,其特征是開(kāi)槽管上部有槽和電極、開(kāi)槽管與底蓋連為一體,銣吸收泡插入開(kāi)槽管中,介質(zhì)環(huán)插入開(kāi)槽管和圓柱腔體之間,圓柱腔體側(cè)部開(kāi)有螺孔,孔中裝有腔頻微調(diào)螺桿。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,加工容易,體積小,腔Q值高,頻率微調(diào)方便,加熱效率高,可廣泛應(yīng)用于小型化銣原子頻標(biāo)。
文檔編號(hào)H01P7/00GK2344879SQ9824216
公開(kāi)日1999年10月20日 申請(qǐng)日期1998年10月27日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月27日
發(fā)明者梅剛?cè)A 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所