[发明专利]一种谐振腔装置及其加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及原子频标技术领域，特别涉及一种谐振腔装置及其加工方法。

背景技术

量子系统是原子频标的重要组成部分，用于在微波探寻信号的作用下，输出具有鉴频特性的光检信号，通过该光检信号将石英振荡晶体的输出锁定在原子谐振频率上，保证原子频标输出稳定，典型的量子系统一般由光谱灯和谐振腔装置两部分构成。

谐振腔装置是一种微波谐振器件，现有的谐振腔装置通常包括内胆腔、微波腔、光电池、加热恒温部件、磁场线圈和磁屏，内胆腔内会充入工作物质天然碱金属以及缓冲气体，谐振腔装置的主要作用是建立一种物质谐振所需的能量场并提供热环境。

然而，现有谐振腔装置中内胆腔的气密性能较差，导致内胆腔在使用较短的时间后就出现失谐现象，谐振效率降低，导致谐振腔装置的使用寿命相对较低。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种谐振腔装置及其加工方法，技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种谐振腔装置，所述装置包括内胆腔、微波腔、光电池、控温部件、磁感线圈、磁屏和印制板，所述内胆腔位于所述微波腔内，所述磁屏设置在所述微波腔外，所述控温部件安装在所述微波腔上，所述微波腔包括腔盖、腔体和耦合环，所述腔盖的中部设有通光栅，所述耦合环的一端固定在所述腔盖上，所述耦合环的另一端置于所述内胆腔中，所述光电池和所述印制板安装在所述腔盖上，所述磁感线圈设于所述腔体外围，

所述微波腔内还设置有密封的隔离腔，所述内胆腔置于所述隔离腔中，所述内胆腔的一端穿过所述隔离腔并夹持于所述腔盖上，所述隔离腔和所述内胆腔中均充有碱金属以及缓冲气体，所述隔离腔内的气压高于所述内胆腔内的气压。

进一步地，所述隔离腔中还充有氧气。

进一步地，所述控温部件包括热敏电阻和加热线圈，所述热敏电阻安装在所述腔盖上，所述热敏电阻的走线方向为所述腔体的轴线方向，所述腔体的侧壁上设有凹槽，所述加热丝采用双绞线形式且环绕在所述凹槽内。

进一步地，所述内胆腔的内壁上涂有石蜡层。

进一步地，所述磁屏包括内磁屏、外磁屏和底座，所述底座上分别设有用于放置所述内磁屏、外磁屏和微波腔的卡槽，所述内磁屏位于所述微波腔与所述外磁屏之间。

进一步地，所述腔盖与所述内磁屏之间设有第一弹簧卡口装置，所述内磁屏和所述外磁屏之间设有第二弹簧卡口装置。

进一步地，所述磁感线圈包括磁感应线圈筒和绕制在所述磁感应线圈筒外的双层线圈。

进一步地，所述腔盖上设置有调谐螺钉。

进一步地，所述内胆腔的穿过所述隔离腔的位置套设有橡胶软塞。

另一方面，本发明还提供一种谐振腔装置加工方法，所述加工方法具有以下步骤：

加工内胆腔并检测所述内胆腔的腔内气压P_in；

加工圆柱形隔离腔并确定所述隔离腔的腔体长度L及腔体直径D；

将所述内胆腔置于所述隔离腔中并密封所述隔离腔，将所述隔离腔置于微波腔中；

在所述微波腔上设置控温部件，对所述微波腔按设定温度T进行加热，并实时检测所述隔离腔中的工作温度T₀；

根据泄漏率公式计算满足谐振腔装置寿命要求时的气压比值P_in/P_out，其中，R₀为普适气体常量，M为泄漏气体分子的摩尔质量，Q为所述内胆腔泄漏率，P_out为所述隔离腔内的气压，流导所述内胆腔内外压强差ΔP＝P_out-P_in；

按照气压比值P_in/P_out和所述内胆腔的腔内气压P_in对所述隔离腔进行气体充制，使所述隔离腔的腔内气压达到P_out；

在所述微波腔的腔口处固定腔盖，将耦合环的一端置于所述内胆腔中，并将所述耦合环的另一端固定在所述腔盖上，在所述腔盖的中部设置通光栅，在所述腔盖上安装光电池和印制板；

在所述微波腔的腔体的外侧壁上设置磁感线圈，并在所述微波腔外设置磁屏。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：

通过在内胆腔外套设一层隔离腔，增加了谐振腔装置内的缓冲气体体积，由于隔离腔内的气压高于内胆腔内的气压，使得隔离腔中的缓冲气体渐渐往内胆腔中泄露，提高了内胆腔的气密性能和谐振效率，增加了谐振腔装置的使用寿命。

附图说明