氢原子钟电离源系统技术方案

本发明专利技术涉及一种氢原子钟电离源系统，包括：电离泡(3)；套装在所述电离泡(3)的外侧的导热支柱(2)；安装在所述导热支柱(2)的一端上的密封安装面(5)；安装在所述导热支柱(2)另一端上的电离源盒(1)，在所述电离源盒(1)靠近所述导热支柱(2)的侧壁上设有一用于容纳所述电离泡(3)的开口；安装在所述电离源盒(1)内部的激励电路(9)；以及安装所述电离源盒(1)内部并位于所述电离泡(3)的上方的射频线圈(8)。本发明专利技术结构简单，电离效率高，散热效果良好，可直接应用于氢原子钟。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及氢原子钟领域，更具体地涉及一种氢原子钟用电离源系统，可直接用于氢原子钟中。
技术介绍
时间是五个基本物理量之一，对其的精确计量具有重要的科研和应用价值。进入二十世纪后，利用确定能级跃迁实现高精度时间输出的原子钟逐渐成熟，并得到广泛地应用。目前实用型的原子钟包括铷原子钟、铯原子钟和氢原子钟，其中氢原子钟具有优秀的中短期稳定度和良好长期稳定度和漂移率指标，可用于守时授时、导航定位和通讯保障等众多领域。氢原子钟的工作原理是利用氢原子基态(F = l，mF = 0)和(F = 0，mF = 0)两超精细能级之间的跃迁频率来锁定晶振。工业氢气通过提纯之后导入电离源系统，在此期间 氢分子离解成为原子状态，同时发光发热，氢原子由准直器形成原子束流，在磁选态器的作用下，(F =LmF = 0)态的氢原子射入微波谐振腔中的储存泡，并在其中发生微波共振跃迁，使腔内微波能量增加，通过检测微波谐振腔内的微波能量就可以将电路系统输出的微波信号锁定在原子跃迁谱线上，从而可以得到具有高稳定度和高准确度的输出信号。由此可见，氢原子钟的核心是其物理部分，包括微波谐振腔、电离源系统和选态系统等，其中电离源系统是氢原子钟的重要子系统。为了以尽可能高的效率进行氢分子的电离，同时避免对氢原子产生过多的外部干扰，目前氢原子钟电离源系统普遍采用的是射频电离的方式，通过内置的激励电路产生频率为IOOMHz左右，功率为5 IOW的射频信号，激发氢分子使之离解为原子状态。具体的结构如文献 Robert F C Vessot,“The Atomic Hydrogen Maser Oscillator, ^etrologia42 (2005) S80-S89 和 Samuel R. Stein, Boulder, colo, Dissociator for Atomic Masers. US Patent :4, 734, 622,1988,以及N. A. Demidov, A. A. Belyaev, B. A. Sakharov, A. A. Ul janov,“Passive Hydrogen Maser Frequency Stability and Accuracy Investigations PassiveHydrogen Maser Frequency Stability,，，7th European Frequency and Time ForumNeuchatec 16-17-181993所示。这几种电离源的相似之处在于，将氢气持续导入石英制的电离泡中，同时射频信号以电感耦合或者电容耦合的方式作用于电离泡，从而使氢分子在电离泡内发生离解。该方式电离效率高，可连续工作。但是存在零部件结构复杂，导热不畅，无法适应真空环境等缺点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种氢原子钟电离源系统，这种电离源系统具有结构简单，导热通畅的特点，可广泛用于各类型氢原子钟，满足包括真空环境在内的各种工作环境的使用要求。本专利技术的一种氢原子钟电离源系统，包括电离泡；套装在所述电离泡的外侧的导热支柱；安装在所述导热支柱的一端上的密封安装面；安装在所述导热支柱另一端上的电离源盒，在所述电离源盒靠近所述导热支柱的侧壁上设有一用于容纳所述电离泡的开口 ；安装在所述电离源盒内部的激励电路；以及安装所述电离源盒内部并位于所述电离泡的上方的射频线圈。该电离源系统还包括在所述电离源盒内部安装在所述开口处且与所述电离泡的端面紧密相连的散热罩。该电离源系统还包括安装在所述电离源盒靠近所述导热支柱的侧壁上且从所述导热支柱延伸至所述电离源盒的底部安装面的导热管。该电离源系统还包括安装在电离源盒的内部用于检测电离过程中产生的光辐射的光敏探测器。 所述电离泡通过固定旋钮固定安装在密封安装面上。所述电离源盒通过螺钉安装在所述导热支柱上。所述导热支柱通过螺钉安装在所述密封安装面上。所述电离源盒为一体加工的金属盒。本专利技术的电离源系统与现有技术相比，具有结构简单紧凑、加工方便、机械强度高，导热效率高等优点，已在实验室样机上得到实际验证，其在大气下工作时不需要传统的风冷散热，电离泡工作温度低于40°C ;在真空下该电离源系统也可正常工作，电离泡工作温度低于50°C，解决了传统电离源系统无法在真空下工作的问题。附图说明图I为本专利技术的氢原子钟电离源系统的整体结构剖视图。图2为本专利技术的氢原子钟电离源系统的电离源盒的结构示意图。图3是本专利技术的氢原子钟电离源系统在真空下的工作温度曲线。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术的氢原子钟电离源系统进行详细说明。如图I所示，本专利技术的氢原子钟电离源系统由电离源盒I、导热支柱2、电离泡3、固定旋钮4、密封安装面5、散热罩6、导热管7、射频线圈8、激励电路9、光敏探测器10和固定螺钉11、12构成。螺钉11用于连接电离源盒I和导热支柱2，螺钉12用于连接导热支柱2和密封安装面5。导热支柱2和电离泡3安装在密封安装面5上，其中电离泡3通过固定旋钮4安装在密封安装面5上,在该电离泡3的内部持续导入氢气,用于作为氢分子进行电离的环境。导热支柱2套装在电离泡3的外侧，通过螺钉12连接在密封安装面5上，用于支撑电离源盒1，同时导出电离泡3工作时侧面产生的热量。电离源盒I通过螺钉11直接安装在导热支柱2上，作为电离源电路的安装盒和导热通道。导热支柱2的内壁与电离泡3的外壁充分靠近，而电离源盒I紧密安装在导热支柱2上，由此构成了从电离泡3的侧面到电离源盒I的完整的传热通道。在电离源盒I靠近导热支柱2的侧壁上设有圆形开口，电离源盒I通过该开口套装在电离泡3外。射频线圈8安装在电离源盒I内，位于电离泡3上方，用于将电离过程所需的射频信号辐射进入电离泡3中。激励电路9安装在电离源盒I内，用于产生电离过程所需的射频信号。光敏探测器10安装在电离源盒I内，用于检测电离过程中产生的光辐射，从而监测电离源系统的工作状态。该电离源盒I内部安装的激励电路9，射频线圈8和光敏探测器10等电路和器件，可直接用于激发电离泡3内的氢分子，完成电离工作，从而使电离源系统的结构更加紧凑。散热罩6安装在电离泡3的端面与电离源盒I之间，该散热罩6的内侧与电离泡3的端面紧密连接，由此构成了由电离泡3端面到电离源盒I的导热通道，用于将电离泡3工作时端面产生的热量导出至电离源盒I。导热管7安装在电离源盒I上靠近导热支柱2的侧壁，位于导热支柱2与电离源盒I的底部安装面13 (如图2所示)之间，其从导热支柱2延伸至电离源盒I下部接近底部安装面13处，用于将电离源盒I上的热量传导至该底部安装面13上。该电离源盒I为一体加工的金属盒，其内部设有电离电路的安装孔和屏蔽结构，作为电离电路的载体，同时通过金属盒体和导热管7构成完善的导热通道，以达到加强散热的目的，电离源系统工作过程由电离泡产生的热量可以通过导热支柱和散热罩传递至电离源盒I上，再由导热管7传导至位于电离源盒I底部的散热端，即底部安装面13。此外电离源盒I的底部设有机械安装脚，用于将包括电离源盒I在内的整个电离源系统安装在外部安装面上，热量通过电离源底部安装面13传导出去，并导出电离源系统，由此可以构成 完整通畅的电离源系统散热通道。通过以上方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氢原子钟电离源系统，其特征在于，包括：电离泡(3)；套装在所述电离泡(3)的外侧的导热支柱(2)；安装在所述导热支柱(2)的一端上的密封安装面(5)；安装在所述导热支柱(2)的另一端上的电离源盒(1)，在所述电离源盒(1)靠近所述导热支柱(2)的侧壁上设有一用于容纳所述电离泡(3)的开口；安装在所述电离源盒(1)内部的激励电路(9)；以及安装所述电离源盒(1)内部并位于所述电离泡(3)的上方的射频线圈(8)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢勇辉，戴家瑜，万彬，陈文星，刘嘉阳，张勇，林传富，
申请(专利权)人：中国科学院上海天文台，
类型：发明
国别省市：