[实用新型]一种低功耗芯片级原子钟物理封装装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种原子钟物理封装装置，具体涉及一种低功耗芯片级原子钟物理封装装置。

背景技术

作为七个最基本的物理量之一的时间（频率），其复现精度是最高的。自从世界上第一台原子钟于1949年研制成功以来，时间单位的精度飞速发展，每10年提高一个数量级。除提供时间频率输出外，原子钟还广泛应用于导航定位、通信、导弹及卫星定位、天文观测、大地测量、精密仪器仪表的校准、电网调节以及高速交通管理等领域，且在过去的50年中已然成为不可或缺的器件之一。

随着电子技术和控制技术的飞速发展，对于原子钟的研究主要在两个方面：一方面是探索研制准确度和稳定度更高的原子钟。近年来，已经成功研制出许多不同种类的具备更高准确度和稳定度的新型原子钟，例如冷原子喷泉钟、离子阱钟、光钟等；另一方面是积极寻找实现高精度的小型工程原子钟的途径，以满足各种工程技术发展需要。氢钟、铯钟和铷钟等传统原子钟由于体积、功耗偏大，其应用形式为单独设备或内置于设备的部件，应用范围也基本上局限在高端设备或系统。而不需要传统微波腔的CPT（CPT, Coherent Population Trapping，相干布居囚禁）原子钟，因其体积、功耗可以较传统原子钟减小2-3个数量级，使得原子钟的便携化应用成为可能。

在CPT原子钟里，选择基态超精细分裂能级的0-0跃迁谱线作为钟跃迁谱线。而基态除了0-0磁子能级，还有其他塞曼分裂磁子能级，为了分离各个塞曼磁子能级，外加磁场是必不可少的。为了减小其他磁子能级对0-0跃迁的影响，应该使相邻子能级的间距远远大于0-0跃迁的谱线宽度。在微型铯气室上一般需要施加10uT左右的轴向静态磁场用来分离各个塞曼子能级。另外良好的磁屏蔽是必须的，用来屏蔽地磁场以及其他杂散磁场。

以前的发明里或目前使用的芯片级原子钟系统的物理封装中，这个磁场是由线圈通过一定的电流产生的（如图1所示），这需要消耗一定功率。对于手持或野外或海底等电池供电的应用中，降低功耗非常必要。

发明内容

本实用新型的发明目的是提供一种低能耗芯片级原子钟物理封装装置，通过新的产生磁场的方法，降低芯片级原子钟物理封装的功耗的。

为达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案是：一种低功耗芯片级原子钟物理封装装置，包括外部封装、上下支架、框架空间器以及内部元件，所述外部封装由陶瓷封装和底座组成，所述内部元件包括激光器、光电探测器、碱性原子泡气室、1/4波片以及C场偏置模块，所述C场偏置模块包括永磁体组件，所述永磁体组件产生沿物理封装轴向方向的磁场。

上述技术方案中，所述永磁体组件为置于物理封装上支架和下支架两侧的两个极性相反的永磁体，所述永磁体可以为圆形、方形、多边形等不同形状。

上述技术方案中，所述永磁体组件围绕在框架空间器外围。

进一步技术方案，所述永磁体组件为筒形永磁体，所述筒形永磁体可以为圆筒形或方筒形。

进一步技术方案，所述永磁体组件为均匀分布的条形永磁体。

进一步技术方案，所述永磁体组件外围绕有线圈。

进一步技术方案，所述框架空间器外围绕有线圈，所述线圈位于框架空间器和永磁体组件之间

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

1．本实用新型通过永磁体产生的磁场全部或部分代替芯片级原子钟物理封装中的线圈产生的磁场，这样流过线圈的电流就会达到最少，从而最大限度地减少芯片级原子钟物理封装的功耗。

2.本实用新型通过强永磁体对碱性原子泡气室形成磁场，抵消外界的磁场强度，从而达到使碱性原子进行稳定能级分裂的目的。

3.本实用新型具有加工简单，易于实现的优点。

附图说明

图1是背景技术中现有的芯片级原子钟物理封装结构示意图。

图2是实施例一中本实用新型的芯片级原子钟整体系统框图。

图3是实施例一中本实用新型的芯片级原子钟物理封装结构示意图。

图4是实施例二中产生外加磁场的物理封装结构示意图。

图5和6是实施例三中产生外加磁场的物理封装结构示意图。

图7是实施例四中精确控制外加磁场的物理封装结构示意图。

图8是实施例五中产生外加磁场的物理封装结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：