【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于原子频率标准，尤其涉及一种用于下落式冷原子微波钟的微波谐振器。
技术介绍
1、冷原子微波钟是以冷原子团为工作物质获取鉴频谱线，实现将微波信号锁定到原子基态两超精细能级的跃迁频率上并输出，输出信号具有高频率稳定度和准确度以及低频率漂移。冷原子微波钟在守时授时、卫星导航系统、深空探测工程、计量体系、测绘、高速通信、电力电网、数字电视、信息高速公路、地震监测网、科学研究等领域具有十分广泛的应用前景。
2、下落式冷原子微波钟是冷原子微波钟的一种，其通过磁光阱实现原子的冷却与俘获，冷原子团在自由下落过程中实现原子的态制备、ramsey微波激励和探测。原子的ramsey微波激励过程是基于分离场振荡原理，是指原子与具有一定时间间隔的两个π/2微波脉冲作用，实现原子从一个态到另外一个态的跃迁。与原子进行作用的两个π/2微波脉冲的功率越理想(越接近π/2脉冲微波功率)、两脉冲间的时间间隔越长，获得的鉴频谱线的对比度就越高、线宽就越窄，进而冷原子微波钟输出信号的频率稳定度就越高。自由下落冷原子的ramsey微波激励过程是在微波谐振器中完成的，因此微波谐振器的设计将决定鉴频谱线的线宽和对比度，最终将决定下落式冷原子微波钟输出信号的频率稳定度。
3、现有技术中，下落式冷原子微波钟的微波谐振器采用工作在te011模式的圆柱型微波谐振腔，腔内仅能形成一个微波驻波场，且该微波驻波场的磁场幅度在腔轴线的中心处大，越到两侧越小；当冷原子下落通过该微波谐振器进行ramsey微波激励时，很难得到一定时间间隔的两个理想的π/2微波
4、为此，本领域迫切需要研发出一种能够解决上缺陷的微波谐振器。
技术实现思路
1、本专利技术的一些实施例提出一种用于下落式冷原子微波钟的微波谐振器，解决现有技术中微波谐振器仅在腔内形成一个微波驻波场，且该微波驻波场的磁场幅度在腔轴线的中心处大，越到两侧越小，导致冷原子下落通过该微波谐振器进行ramsey微波激励时，很难得到具有一定时间间隔的两个理想的π/2微波脉冲，最终会使得所获得的鉴频谱线的对比度较差，下落式冷原子微波钟输出信号的频率稳定度受限的技术问题。
2、本专利技术提供了一种用于下落式冷原子微波钟的微波谐振器，包括竖直筒、端盖、第一波导体以及第二波导体；
3、所述端盖设置在所述竖直筒的下端，所述端盖与所述竖直筒共同形成谐振主腔；
4、所述竖直筒的筒壁外侧向内凹陷形成第一竖直平面和第二竖直平面，所述第一竖直平面和第二竖直平面关于所述谐振主腔的水平中心平面对称分布并且为径向对称分布；其中，所述第一竖直平面的中心处开设有第一耦合孔，所述第二竖直平面的中心处开设有第二耦合孔；
5、所述第一波导体沿所述第一耦合孔的轴线方向安装在所述第一竖直平面上，形成第一波导腔；所述第一波导体的侧壁开设有第一馈入孔，第一馈入线经所述第一馈入孔穿入所述第一波导腔内；
6、所述第二波导体沿所述第二耦合孔的轴线方向安装在所述第二竖直平面上，形成第二波导腔；所述第二波导体的侧壁开设有第二馈入孔，第二馈入线经所述第二馈入孔穿入所述第二波导腔内；所述第一馈入孔和第二馈入孔沿所述谐振主腔的竖直中心平面对称分布。
7、优选地，第一路微波信号经所述第一馈入线馈入所述第一波导腔，形成第一磁场，第一磁场再经所述第一耦合孔耦合进谐振主腔内；第二路微波信号经所述第二馈入线馈入所述第二波导腔，形成第二磁场，第二磁场再经所述第二耦合孔耦合进谐振主腔内；
8、其中，所述第一路微波信号与第二路微波信号为同频率、同功率和同相位的两微波信号，所述第一磁场和第二磁场需同时馈入，这样使得第一磁场和第二磁场在所述谐振主腔内形成竖直方向上的上、中、下三个微波驻波场，分别为第一微波驻波场、第二微波驻波场、第三微波驻波场，并且第一微波驻波场和第三微波驻波场完全相同。
9、优选地，所述竖直筒上端中心开孔，形成第一截止波导；所述端盖的中心开通孔，形成第二截止波导；所述第一截止波导和第二截止波导与所述谐振主腔连通，其中心轴线为原子下落的通道；所述第一截止波导和第二截止波导用于防止驻波场泄露到所述谐振主腔外。
10、优选地，所述竖直筒上端沿开孔周围外侧设置有第一环形凹槽，用于放置石墨环吸附背景原子。
11、优选地，所述第一耦合孔利用第一导波窗进行真空密封；所述第二耦合孔利用第二导波窗进行真空密封，所述第一导波窗和第二导波窗分别焊接在所述第一耦合孔和第二耦合孔的外侧。
12、优选地，所述第一导波窗和第二导波窗均包括微波窗片和底座，所述微波窗片焊接在所述底座上的凹槽内。
13、优选地，所述微波窗片的材料为陶瓷或蓝宝石。
14、优选地，所述谐振主腔工作在te013模式。
15、优选地，所述竖直筒、第一波导体以及第二波导体均为无磁金属材料。
16、优选地，所述谐振主腔的横截面为圆形；所述端盖的横截面为圆形；所述第一截止波导和第二截止波导的横截面均设置为圆形；所述第一波导腔和第二波导腔的横截面为矩形。
17、本专利技术的用于下落式冷原子微波钟的微波谐振器相比现有技术具有如下
18、有益效果：
19、本专利技术提供的用于下落式冷原子微波钟的微波谐振器，谐振主腔工作在te013模式，腔内可形成竖直方向上的上、中、下三个微波驻波场，分别为第一微波驻波场、第二微波驻波场、第三微波驻波场，第一微波驻波场和第三微波驻波场完全相同。当冷原子下落通过第一微波驻波场和第三微波驻波场进行ramsey微波激励时，冷原子在第一微波驻波场和第三微波驻波场均能感受到理想的π/2微波脉冲，这样会大大提升原子从一个态跃迁到另外一个态的几率，进而获得高对比度的鉴频谱线，最终提升下落式冷原子微波钟输出信号的频率稳定度。除此之外，谐振主腔和波导腔之间的耦合孔采用了微波窗片进行真空密封，这样波导腔及其微波馈入线就可以置于真空腔外部，这样将极大减小下落式冷原子微波钟物理真空系统的体积，有利于钟整机的小型化集成。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种用于下落式冷原子微波钟的微波谐振器，其特征在于，包括竖直筒、端盖、第一波导体以及第二波导体；
2.根据权利要求1所述的用于下落式冷原子微波钟的微波谐振器，其特征在于，第一路微波信号经所述第一馈入线馈入所述第一波导腔，形成第一磁场，第一磁场再经所述第一耦合孔耦合进谐振主腔内；第二路微波信号经所述第二馈入线馈入所述第二波导腔，形成第二磁场，第二磁场再经所述第二耦合孔耦合进谐振主腔内；
3.根据权利要求1所述的用于下落式冷原子微波钟的微波谐振器，其特征在于，所述竖直筒上端中心开孔，形成第一截止波导；所述端盖的中心开通孔，形成第二截止波导；所述第一截止波导和第二截止波导与所述谐振主腔连通，其中心轴线为原子下落的通道；所述第一截止波导和第二截止波导用于防止驻波场泄露到所述谐振主腔外。
4.根据权利要求3所述的用于下落式冷原子微波钟的微波谐振器，其特征在于，所述竖直筒上端沿开孔周围外侧设置有第一环形凹槽，用于放置石墨环吸附背景原子。
5.根据权利要求1所述的用于下落式冷原子微波钟的微波谐振器，其特征在于，所述第一耦合孔利用第一导波窗进行
6.根据权利要求5所述的用于下落式冷原子微波钟的微波谐振器，其特征在于，所述第一导波窗和第二导波窗均包括微波窗片和底座，所述微波窗片焊接在所述底座上的凹槽内。
7.根据权利要求6所述的用于下落式冷原子微波钟的微波谐振器，其特征在于，所述微波窗片的材料为陶瓷或蓝宝石。
8.根据权利要求1所述的用于下落式冷原子微波钟的微波谐振器，其特征在于，所述谐振主腔工作在TE013模式。
9.根据权利要求1所述的用于下落式冷原子微波钟的微波谐振器，其特征在于，所述竖直筒、第一波导体以及第二波导体均为无磁金属材料。
10.根据权利要求1所述的用于下落式冷原子微波钟的微波谐振器，其特征在于，所述谐振主腔的横截面为圆形；所述端盖的横截面为圆形；所述第一截止波导和第二截止波导的横截面均设置为圆形；所述第一波导腔和第二波导腔的横截面为矩形。
...【技术特征摘要】
1.一种用于下落式冷原子微波钟的微波谐振器，其特征在于，包括竖直筒、端盖、第一波导体以及第二波导体；
2.根据权利要求1所述的用于下落式冷原子微波钟的微波谐振器，其特征在于，第一路微波信号经所述第一馈入线馈入所述第一波导腔，形成第一磁场，第一磁场再经所述第一耦合孔耦合进谐振主腔内；第二路微波信号经所述第二馈入线馈入所述第二波导腔，形成第二磁场，第二磁场再经所述第二耦合孔耦合进谐振主腔内；
3.根据权利要求1所述的用于下落式冷原子微波钟的微波谐振器，其特征在于，所述竖直筒上端中心开孔，形成第一截止波导；所述端盖的中心开通孔，形成第二截止波导；所述第一截止波导和第二截止波导与所述谐振主腔连通，其中心轴线为原子下落的通道；所述第一截止波导和第二截止波导用于防止驻波场泄露到所述谐振主腔外。
4.根据权利要求3所述的用于下落式冷原子微波钟的微波谐振器，其特征在于，所述竖直筒上端沿开孔周围外侧设置有第一环形凹槽，用于放置石墨环吸附背景原子。
5.根据权利要求1所述的用于下落式冷原子微波钟的微波谐振器，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑发松，房芳，刘昆，陈伟亮，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。