一种铯原子灯结构制造技术

本发明专利技术提出了一种铯原子灯结构，主要包括：铯灯泡、激励线圈、激励线圈固定座、光电探测器固定柱、光电探测器、铯灯泡固定座、加热丝、铯灯底座和固定螺钉，本发明专利技术采用光功率反馈机制，通过光电探测器实时监测原子灯输出光功率大小，并反馈至原子灯射频激励源，实现铯原子灯的稳定输出和低温下的快速点亮，有利于提高传感器整机的稳定性和可靠性。提高传感器整机的稳定性和可靠性。提高传感器整机的稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种铯原子灯结构


[0001]本专利技术属于原子磁传感器或者光泵磁力仪用铯光谱灯领域，尤其涉及一种铯原子灯结构。

技术介绍

[0002]原子磁传感器或光泵磁力仪是利用氦或碱金属例如铯、铷、钾，原子在外磁场中产生塞曼效应，基于原子自旋和光泵磁共振原理制成的标量弱磁传感器，具有灵敏度高、绝对精度高、不易受平台姿态影响等优点，被认为是地球磁场测量应用中灵敏度最高的标量磁传感器，目前它是水下目标探测、靶场未爆物探测和航空物探等运动平台磁探装备的核心传感器。激励光源和原子吸收室是原子磁传感器的核心部件，其中光源从根本上决定了传感器的寿命和噪声本底。原子磁传感器的泵浦光源通常包括原子灯和激光源两种。对于铯原子灯而言，由于传感器工作所需的D1谱线为894.6nm，很容易通过光学滤波方式选出，基于铯原子灯的原子磁传感器灵敏度可以与激光铯光泵磁力仪相媲美，且前者的可靠性和寿命要高于后者。因此，基于铯原子灯式的原子磁传感器是目前运动平台磁异常探测系统应用最广泛的光泵类磁传感器。
[0003]针对原子磁传感器应用，铯原子灯应具备以下特点：噪声低、稳定性高、寿命长和无剩磁干扰等。这主要取决于铯灯泡的参数，例如灯泡尺寸、铯单质纯度及充入量、缓冲气体种类及压强和铯灯激励结构等。关于铯灯泡的参数设计研究已较为充分，其关键点主要在制备工艺和老化工艺控制环节。铯原子灯的激励结构通常会影响原子灯的功耗、输出稳定性和噪声等指标，根据不同的应用场景，设计并实现相应的低噪声、长寿命的铯原子灯结构是铯原子磁传感器工程化研制的关键技术之一。
[0004]一种光泵磁力仪用铯光谱灯装置的专利技术专利，专利公开号：CN104332385A，介绍了一种铯光泵磁力仪用的铯光谱灯装置，如图1所示，该装置包括铯元素泡1、高频激励线圈2、套筒3、底座4、上加热线圈5、下加热线圈6及温敏电阻7，所述铯元素泡1为球形状玻璃泡，安装在底座上，外部绕有高频激励线圈2，铯元素泡1和高频激励线圈2的外部套装有套筒3，套筒3外部绕有上加热线圈5及下加热线圈6，上加热线圈5与下加热线圈6的圈数相同，方向相反；套筒的下部有一钻孔，孔内安装有温敏电阻7。
[0005]现有技术的铯原子灯具有以下缺点：
[0006](1)铯原子灯通常采用高频无极放电激励方式实现，现有技术没有针对功率稳定的反馈方案设计，当环境温度剧烈变化时，原子灯激励源输出特性的变化会影响原子灯的输出光稳定性进而影响磁力仪的灵敏度，严重时铯原子灯无法点亮导致传感器工作失效。
[0007](2)通过加热铯原子灯激励结构外壳实现对铯灯泡温度的控制方式，加热较慢且温控精度较低，导致低温环境下磁力仪的启动时间较长。
[0008](3)控制较为复杂，在无反馈设计前提下，原子灯的正常工作需4组连接线缆分别连接铯灯高频激励、上加热线圈、下加热线圈、温敏电阻，不利于磁力仪的小型化集成。

技术实现思路

[0009]本专利技术所要解决的技术问题是：(1)极限温度条件下，铯原子灯的功率波动较大，甚至无法点亮的问题。(2)铯原子灯在低温条件下的启动时间过长问题。
[0010]针对以上技术问题，本专利技术提出一种铯原子灯结构，包括：铯灯泡1、激励线圈2、激励线圈固定座3、光电探测器5、铯灯泡固定座6、加热丝7、铯灯底座9和固定螺钉8，铯灯泡1固定于铯灯泡固定座6并位于激励线圈固定座3中，铯灯泡固定座6底部绕有加热丝7，加热丝7用于对铯灯泡1加热，激励线圈2位于激励线圈固定座3内壁的线圈槽中，激励线圈固定座3上安装有光电探测器5，激励线圈固定座3与铯灯底座9固定，铯灯泡固定座6固定于铯灯底座9的中心凹槽中。
[0011]进一步，还包括光电探测器固定柱4，光电探测器5通过光电探测器固定柱4固定于激励线圈固定座3。
[0012]进一步，激励线圈固定座3还作为特定值的分布电容，与激励线圈2一起构成并联谐振，对铯灯泡进行高频激励，点亮铯原子灯实现光输出。
[0013]进一步，光电探测器5，用于实时监测铯原子灯输出光功率大小，并反馈至原子灯激励源，从而调节射频激励功率大小，实现光功率稳定输出。
[0014]进一步，加热丝7采用双绞线型设计，并基于电桥原理，利用加热丝阻值随温度变化的特性来实现对加热温度的设定。
[0015]进一步，铯原子灯结构的所有非金属材料均采用特氟龙材质，目的是尽可能减小射频的高频损耗。铯原子灯结构的金属结构材料均采用无磁性材料。
[0016]进一步，铯灯泡1为球体形状，采用抗碱玻璃制成，灯泡内充有少量高纯铯单质和氙气(Xe)。
[0017]进一步，铯灯泡1中心与激励线圈2中心重合。
[0018]进一步，铯灯泡固定座6采用纯铜材料。
[0019]进一步，铯灯泡固定座6的底部有环形槽，环形槽绕有双绞线型加热丝7。
[0020]进一步，铯灯泡1通过高温固化胶与铯灯泡固定座6固定。
[0021]进一步，激励线圈固定座3上部柱面开有小孔，铯原子灯输出光通过小孔射入光电探测器5的光敏面。
[0022]进一步，激励线圈固定座3通过三个固定螺钉8与铯灯底座9固定。
[0023]进一步，铯原子灯结构通过铯灯底座9与传感器整机匹配与安装。
[0024]本专利技术具有以下有益效果：
[0025](1)本专利技术解决了极限温度条件下，铯原子灯的功率波动较大甚至无法点亮的问题。
[0026](2)本专利技术提出了新的加热结构设计，加热体更靠近铯灯泡，解决了铯原子灯在低温条件下的启动时间过长问题。
[0027](3)本专利技术提供的高稳定铯原子灯可完全适用于高灵敏度铯原子磁传感器或高精度的铯原子钟的泵浦光源，解决传感器工作温度范围小、低温条件下进入工作状态慢的问题。
附图说明
[0028]图1现有技术中的铯原子灯结构。
[0029]图2为铯原子灯结构的立体图。
[0030]图3为铯原子灯结构的剖面图。
具体实施方式
[0031]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。
[0032]本专利技术提出一种铯原子灯结构，如图2、3所示，主要包括：铯灯泡1、激励线圈2、激励线圈固定座3、光电探测器固定柱4、光电探测器5、铯灯泡固定座6、加热丝7、铯灯底座9和固定螺钉8，该铯原子灯结构是一种高稳定、紧凑型的灯结构。
[0033]激励线圈固定座3一方面作为线圈骨架，起固定线圈作用，另一方面产生特定值的分布电容，与激励线圈一起构成并联谐振，对铯灯泡进行高频激励，点亮铯原子灯实现光输出。
[0034]激励线圈固定座3上安装有光电探测器5，用于实时监测铯原子灯输出光功率大小，并反馈至原子灯激励源，从而调节射频激励功率大小，实现光功率稳定输出。
[0035]铯灯泡固定座6底部绕有无磁加热丝，用于低温条件下加热铯灯泡1，提高铯灯泡1内气态铯原子密本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铯原子灯结构，包括：铯灯泡(1)、激励线圈(2)、激励线圈固定座(3)、光电探测器(5)、铯灯泡固定座(6)、加热丝(7)、铯灯底座(9)和固定螺钉(8)，其特征在于，铯灯泡(1)固定于铯灯泡固定座(6)并位于激励线圈固定座(3)中，铯灯泡固定座(6)底部绕有加热丝(7)，加热丝(7)用于对铯灯泡(1)加热，激励线圈(2)位于激励线圈固定座(3)内部的线圈槽中，激励线圈固定座(3)作为线圈骨架用于固定激励线圈(2)，激励线圈固定座(3)上安装有光电探测器(5)，激励线圈固定座(3)与铯灯底座(9)固定，铯灯泡固定座(6)固定于铯灯底座(9)的中心凹槽中。2.根据权利要求1所述的一种铯原子灯结构，其特征在于：还包括光电探测器固定柱(4)，光电探测器(5)通过光电探测器固定柱(4)固定于激励线圈固定座(3)。3.根据权利要求1所述的一种铯原子灯结构，其特征在于：激励线圈固定座(3)还作为特定值的分布电容，与激励线圈(2)一起构成并联谐振，对铯灯泡(1)进行高频激励，点亮铯原子灯实现光输出。4.根据权利要求1所述的一种铯原子灯结构，其特征在于：光电探测器(5)用于实时监测铯原子灯结构的输出光功率大小，并反馈至原子灯激励源，从而调节射频激励功率大小，实现光功率稳定输出。5.根据权利要求1所述的一种铯原子灯结构，其特征在于：加热丝(7)...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢远添，唐传军，朱万华，刘雷松，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：