一种H面弯曲π相位差环形拉姆齐微波腔制造技术

本发明专利技术公开一种H面弯曲π相位差环形拉姆齐微波腔。所述微波腔包括：直矩形波导、环形腔体、探针座、探针和截止波导管；所述直矩形波导的开放终端分别与所述环形腔体连接，所述环形腔体由矩形截面波导呈H面弯曲闭合而成；所述直矩形波导E面中央位置开设有一个圆孔，所述探针座安装于所述圆孔上方；所述探针内嵌于所述探针座中，所述环形腔体上对称地开设有供原子束通过的束孔，所述截止波导管分别与所述束孔连接；所述直矩形波导工作在奇次模式，所述环形腔体工作在偶次模式，使得所述两束孔位置处的微波磁场相位差为π。本发明专利技术H面弯曲π相位差环形拉姆齐微波腔可有效降低束型原子钟的分布腔相移，提高束型原子钟的准确度。

【技术实现步骤摘要】
一种H面弯曲π相位差环形拉姆齐微波腔
本专利技术涉及原子钟研究领域，特别是涉及一种用于束型原子钟的H面弯曲π相位差环形拉姆齐微波腔。
技术介绍
准确度和稳定度是评估原子钟性能的两个关键指标。相比气室型原子钟，束型原子钟因其避免了原子间，以及原子和玻璃气室壁间的碰撞效应，在准确度上显著优于气室钟，同时还保持着工程化原子钟的最佳长期稳定度记录。最著名的束型原子钟当属原惠普公司开发的著名磁选态铯原子钟，该原子钟自上世纪60年代开发成功后，又经过了几次改进，现已商品化生产数十年，其性能优异，可靠性高，广泛应用于全球的守时授时体系，并长期定义了标准时间——“秒”(L.S.Cutler“Fiftyyearsofcommercialcaesiumclocks”，Metrologia，42，S90-S99，2005)。国际上其他希望建立自主导航系统和时频体系的国家都在投入相当精力进行技术和工艺攻关，以期尽快实现铯束钟的科学和工程应用。铯束钟性能的优异以其各项不确定度的准确评估为基础，提高准确度的过程本质上就是首先找到不确度的来源，然后对其进行定量评估，并据此找到降低该项不确定度的方法。目前已确认的影响束钟的不确定来源有约十项，包括静磁场相关频移、腔相移(包括端端腔相移和分布腔相移)、二阶多普勒频移、二阶塞曼频移、黑体辐射频移、腔牵引效应、邻钟跃迁牵引(拉比牵引和拉姆齐牵引)、光频移、微波谱和伺服系统引起的频移等。在以上各不确定来源中，最大的不确定度来自于腔相移(B.Boussert等“Frequencyperformancesofaminiatureopticallypumpedcesiumbeamfrequencystandard”IEEETransactionsonUltrasonics，Ferroelectrics，andFrequencyControl，46(2)，1999)。换言之，目前束型钟准确度的进一步提高主要受限于提供分离振荡场的拉姆齐微波腔，故国际上一直在尝试改进拉姆齐腔的设计。在这一背景下，先后出现了零相位差U形腔(R.E.Drullinger“Opticallypumpedprimaryfrequencystandards”，44thAnnualSymposiumonFrequencyControl，pp76-81，1990)和π相位差U形腔(C.Audoin等“Propertiesofanopticallypumpedcesium-beamfrequencystandardwithφ＝πbetweenthetwooscillatoryfields”，IEEETransactionsonInstrumentationandMeasurement，43(4)，1994)。其中π相位差拉姆齐腔由于在原子-微波共振处原子跃迁几率最小，使得散粒噪声更小，钟信号相对更优。但无论采用哪种U形拉姆齐腔，束型钟的腔相移依然十分显著。上世纪九十年代，拉比奖得主，物理学家AndreaDeMarchi从理论上建议了一种环形拉姆齐腔，指出在相同加工精度下其带来的腔相移明显小于传统U形腔(A.DeMarchi等“Anewcavityconfigurationforcesiumbeamprimaryfrequencystandards”，IEEETransactionsonInstrumentationandMeasurement，37(2)，1988)。而后，美国国家标准技术研究院的基准原子钟便采用了E面弯曲零相位差环形拉姆齐腔(W.D.Lee等“TheaccuracyevaluationofNIST-7”，IEEETransactionsonInstrumentationandMeasurement，44(2)，1995)，日本国家计量院则采用了H面弯曲零相位差环形拉姆齐腔(K.Hagimoto等“ReevaluationoftheopticallypumpedcesiumfrequencystandardNRLM-4withanH-bendringcavity”，IEEETransactionsonInstrumentationandMeasurement，57(10)，2008)。以上零相位差环形拉姆齐腔的使用使得腔相移相关不确定度降低了半个数量级以上，但该项不确定度目前仍是束型钟的主要不确度来源之一。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种H面弯曲π相位差环形拉姆齐微波腔，降低腔相移，提高束型原子钟的准确度。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种H面弯曲π相位差环形拉姆齐微波腔，所述微波腔包括：直矩形波导、环形腔体、探针座、探针和截止波导管；所述直矩形波导的开放终端分别与所述环形腔体连接，所述环形腔体由矩形截面波导呈H面弯曲闭合而成；所述直矩形波导E面中央位置开设有一个圆孔，所述探针座安装于所述圆孔上方；所述探针内嵌于所述探针座中，所述环形腔体上对称地开设有供原子束通过的束孔，所述截止波导管分别与所述束孔连接；所述直矩形波导工作在奇次模式，所述环形腔体工作在偶次模式。可选的，所述直矩形波导、所述环形腔体和所述截止波导管采用无氧铜材质。可选的，所述直矩形波导和所述环形腔体的截面尺寸相同。可选的，所述探针采用同轴探针。可选的，所述同轴探针包括外导体、中间层介电材料和内导体，所述外导体、所述中间层介电材料和所述内导体均固定于所述探针座内部，所述内导体通过所述圆孔深入到所述直矩形波导的内部。可选的，所述直矩形波导的工作模式为TE10M模，其中纵向模式数M为奇数。可选的，所述环形腔体的工作模式为TE10N模，其中角向模式数N为偶数。可选的，所述环形腔体和所述截止波导管的数量均为两个。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供一种H面弯曲π相位差环形拉姆齐微波腔，所述微波腔包括：直矩形波导、环形腔体、探针座、探针和截止波导管；所述直矩形波导的开放终端分别与所述环形腔体连接，所述环形腔体由矩形截面波导呈H面弯曲闭合而成；所述直矩形波导E面中央位置开设有一个圆孔，所述探针座安装于所述圆孔上方；所述探针内嵌于所述探针座中，所述环形腔体上对称地开设有供原子束通过的束孔，所述截止波导管分别与所述束孔连接；所述直矩形波导工作在奇次模式，所述环形腔体工作在偶次模式，使得所述两束孔位置处的微波磁场相位差为π。本专利技术H面弯曲π相位差环形拉姆齐微波腔可有效降低束型原子钟的分布腔相移，提高束型原子钟的准确度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术拉姆齐微波腔纵向剖面示意图；图2为本专利技术拉姆齐微波腔横向剖面图；图3为本专利技术拉姆齐微波腔三维结构图；图4为本专利技术拉姆齐微波腔中直波导段微波电场分布；图5为本专利技术拉姆齐微波腔中环形腔区域微波电场分布；图6为本专利技术拉姆齐微波腔中微波磁场分布；图7为本专利技术拉姆齐微波腔中原子束行进路径上的微波磁场分布。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种H面弯曲π相位差环形拉姆齐微波腔，其特征在于，所述微波腔包括：直矩形波导、环形腔体、探针座、探针和截止波导管；所述直矩形波导的开放终端分别与所述环形腔体连接，所述环形腔体由矩形截面波导呈H面弯曲闭合而成；所述直矩形波导E面中央位置开设有一个圆孔，所述探针座安装于所述圆孔上方；所述探针内嵌于所述探针座中，所述环形腔体上对称地开设有供原子束通过的束孔，所述截止波导管分别与所述束孔连接；所述直矩形波导工作在奇次模式，所述环形腔体工作在偶次模式。

【技术特征摘要】
1.一种H面弯曲π相位差环形拉姆齐微波腔，其特征在于，所述微波腔包括：直矩形波导、环形腔体、探针座、探针和截止波导管；所述直矩形波导的开放终端分别与所述环形腔体连接，所述环形腔体由矩形截面波导呈H面弯曲闭合而成；所述直矩形波导E面中央位置开设有一个圆孔，所述探针座安装于所述圆孔上方；所述探针内嵌于所述探针座中，所述环形腔体上对称地开设有供原子束通过的束孔，所述截止波导管分别与所述束孔连接；所述直矩形波导工作在奇次模式，所述环形腔体工作在偶次模式。2.根据权利要求1所述的H面弯曲π相位差环形拉姆齐微波腔，其特征在于，所述直矩形波导、所述环形腔体和所述截止波导管采用无氧铜材质。3.根据权利要求1所述的H面弯曲π相位差环形拉姆齐微波腔，其特征在于，所述直矩形波导和所述环形腔体的截面尺寸相同。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：马杰，孙富宇，刘杰，李孝峰，李超，张首刚，
申请(专利权)人：中国科学院国家授时中心，
类型：发明
国别省市：陕西,61