CPT原子钟的光学系统、CPT原子钟技术方案

本申请涉及一种CPT原子钟的光学系统、CPT原子钟。光学系统包括：激光器、光学镜组、气室隔热组件、原子气室、光学探测器和机架，激光器、光学镜组、气室隔热组件、原子气室和光学探测器依次设置在机架上；原子气室内嵌于气室隔热组件中，且原子气室与气室隔热组件之间形成有隔热腔，隔热腔中设置有隔热组件。由于原子气室中的碱金属原子与激光器的输出的激光发生CPT共振现象，需要保持原子气室处于恒定温度状态，本系统通过设置气室隔热组件，减少原子气室的热量损失，从而降低原子气室部分的加热功耗。并且，在原子气室与气室隔热组件之间形成的隔热腔中设置隔热组件，减少原子气室和气室隔热组件的接触面积等，从而有效降低CPT原子钟的系统功耗。原子钟的系统功耗。原子钟的系统功耗。

【技术实现步骤摘要】
CPT原子钟的光学系统、CPT原子钟


[0001]本申请涉及原子钟
，特别是涉及一种CPT原子钟的光学系统、CPT原子钟。

技术介绍

[0002]随着相干布居囚禁效应(Coherent Population Trapping，CPT)物理现象的发现和应用，基于CPT的被动型原子钟不需要微波谐振腔，可实现原子钟的微型化、乃至芯片化，在单兵系统的同步通信、定位与导航、无人机、海底探测等领域有着良好的应用前景。
[0003]CPT原子钟系统通常包括光学系统与电路系统两部分，电路系统部分主要有温度控制、激光波长锁定、微波频率锁定、信号采集系统以及伺服环路。光学系统部分包含VCSEL激光器、光电探测器、原子封装气室和光学元件组成的光学镜组。但现有的原子封装气室的加热功率在系统的整体功耗占比较大，存在热损耗大的问题。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够降低功耗的CPT原子钟的光学系统、CPT原子钟。
[0005]第一方面，本申请提供了一种CPT原子钟的光学系统，所述光学系统包括：激光器、光学镜组、气室隔热组件、原子气室、光学探测器和机架，所述激光器、所述光学镜组、所述气室隔热组件、所述原子气室和所述光学探测器依次设置在所述机架上；
[0006]所述原子气室内嵌于所述气室隔热组件中，且所述原子气室与所述气室隔热组件之间形成有隔热腔，所述隔热腔中设置有隔热组件。
[0007]在其中一个实施例中，所述隔热组件包括隔热材料。
[0008]在其中一个实施例中，所述隔热组件包括至少一个凸台，所述凸台设置在所述气室隔热组件的内表面上。
[0009]在其中一个实施例中，所述光学系统还包括光学安装组件，所述气室隔热组件包括气室保温结构底座、气室保温支撑结构、气室保温结构上盖、上玻璃窗口和下玻璃窗口；
[0010]所述气室保温结构底座与所述光学安装组件固定连接，所述气室保温支撑结构设置在所述气室保温结构底座和气室保温结构上盖之间，所述上玻璃窗口内嵌于所述气室保温结构上盖中，所述下玻璃窗口内嵌于所述气室保温结构底座中；
[0011]所述气室保温支撑结构中间为挖空结构，所述挖空结构与所述气室保温结构底座和所述气室保温结构上盖形成腔体，所述原子气室内嵌于所述腔体中，所述原子气室的外表面与所述腔体的内表面之间形成所述隔热腔。
[0012]在其中一个实施例中，所述凸台设置在所述气室保温结构底座朝向所述原子气室的表面上，和/或，所述凸台设置在所述气室保温结构上盖朝向所述原子气室的表面上。
[0013]在其中一个实施例中，所述隔热组件还包括金属层。
[0014]在其中一个实施例中，所述金属层设置在所述腔体的内表面上和/或所述原子气室的外表面上。
[0015]在其中一个实施例中，所述光学系统还包括光学安装组件，所述光学镜组内嵌于所述光学安装组件中。
[0016]在其中一个实施例中，所述原子气室包括上玻璃层、硅片和下玻璃层，所述硅片位于所述上玻璃层和所述下玻璃层之间。
[0017]在其中一个实施例中，所述上玻璃层的上表面和所述下玻璃层的下表面分别设置有金属线。
[0018]在其中一个实施例中，所述光学镜组包括依次设置的透镜、偏振片、四分之一波片；所述透镜与所述偏振片之间设置有第一垫圈，所述偏振片与所述四分之一波片之间设置有第二垫圈。
[0019]第二方面，本申请还提供了一种CPT原子钟，所述CPT原子钟包括所述CPT原子钟的电路系统以及如上述任一实施例所述的CPT原子钟的光学系统。
[0020]上述CPT原子钟的光学系统、CPT原子钟，光学系统包括：激光器、光学镜组、气室隔热组件、原子气室、光学探测器和机架，激光器、光学镜组、气室隔热组件、原子气室和光学探测器依次设置在机架上；原子气室内嵌于气室隔热组件中，且原子气室与气室隔热组件之间形成有隔热腔，隔热腔中设置有隔热组件。由于原子气室中的碱金属原子与激光器的输出的激光发生CPT共振现象，需要保持原子气室处于恒定温度状态，本系统通过设置气室隔热组件，将原子气室放置在气室隔热组件中，减少原子气室的热量损失，从而降低原子气室部分的加热功耗。并且，在原子气室与气室隔热组件之间形成的隔热腔中设置隔热组件，通过隔热组件减少原子气室和气室隔热组件的接触面积、原子气室与周围空间的热对流以及整体热辐射损失等，从而减小热损耗，有效降低CPT原子钟的系统功耗。
附图说明
[0021]图1为一个实施例中CPT原子钟的光学系统的示意图；
[0022]图2为另一个实施例中CPT原子钟的光学系统的示意图；
[0023]图3为一个实施例中气室隔热组件的示意图；
[0024]图4为另一个实施例中气室隔热组件的示意图；
[0025]图5为又一个实施例中气室隔热组件的示意图；
[0026]图6为一个实施例中原子气室的示意图；
[0027]图7为一个实施例中CPT原子钟的示意图。
[0028]附图标记说明：
[0029]100光学系统；
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10、激光器；
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20、光学镜组；
[0030]30、气室隔热组件；
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40原子气室；
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50、光学探测器；
[0031]60、机架；
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70、隔热腔；
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80、隔热组件；
[0032]90、光学安装组件；
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301、气室保温结构底座；
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11、封装上盖；
[0033]302、气室保温支撑结构；
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303、气室保温结构上盖；
[0034]304、上玻璃窗口；
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305、下玻璃窗口；
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401、上玻璃层；
[0035]402、硅片；
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403、下玻璃层；
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4011、金属线；
[0036]201、透镜；
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202、偏振片；
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2021、第一偏振片；
[0037]2022、第二偏振片；
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203、四分之一波片；
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204、第一垫圈；
[0038]205、第二垫圈。
具体实施方式
[0039]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0040]在本申请的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CPT原子钟的光学系统，其特征在于，所述光学系统包括：激光器、光学镜组、气室隔热组件、原子气室、光学探测器和机架，所述激光器、所述光学镜组、所述气室隔热组件、所述原子气室和所述光学探测器依次设置在所述机架上；所述原子气室内嵌于所述气室隔热组件中，且所述原子气室与所述气室隔热组件之间形成有隔热腔，所述隔热腔中设置有隔热组件。2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述隔热组件包括隔热材料。3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述隔热组件包括至少一个凸台，所述凸台设置在所述气室隔热组件的内表面上。4.根据权利要求3所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统还包括光学安装组件，所述气室隔热组件包括气室保温结构底座、气室保温支撑结构、气室保温结构上盖、上玻璃窗口和下玻璃窗口；所述气室保温结构底座与所述光学安装组件固定连接，所述气室保温支撑结构设置在所述气室保温结构底座和气室保温结构上盖之间，所述上玻璃窗口内嵌于所述气室保温结构上盖中，所述下玻璃窗口内嵌于所述气室保温结构底座中；所述气室保温支撑结构中间为挖空结构，所述挖空结构与所述气室保温结构底座和所述气室保温结构上盖形成腔体，所述原子气室内嵌于所述腔体中，所述原子气室的外表面与所述腔体的内表面之间形成所述隔...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮勇，蒋国强，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：