[发明专利]一种信号探询装置、氢原子频标

说明书

本发明提出了一种信号探询装置，包括衬底、下电极、压电薄膜、上电极，所述下电极设置在所述衬底上，所述压电薄膜设置在所述下电极上；所述上电极设置在所述压电薄膜上，所述上电极、下电极分别于电源电气连接，所述压电薄膜的厚度为λ，则：λ＝α/2≈v/2f，其中，α为声波的波长，v表示声音的速度，f为氢原子基态跃迁脉泽信号频率。本发明提供的一种信号探询装置，实现高Q值、大功率容量、高换能效率、小温度系数，替代传统氢原子频标微波谐振腔和微波耦合环，对跃迁信号进行谐振耦合探测。

技术领域

本发明涉及氢原子频标领域，具体涉及一种用于氢原子频标的信号探询装置。

背景技术

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频标逐渐成熟，并得到广泛地应用。目前实用型的原子频标包括铷原子频标、铯原子频标和氢原子频标，其中氢原子频标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＝1，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＝1，mF＝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，氢原子频标的核心是其物理部分，包括氢源系统、电离源系统和腔泡系统等，其中腔泡系统是氢原子频标的重要子系统。腔泡系统的作用是将经过态选择的高能态氢原子在微波谐振腔泡内在一定条件下受激辐射，产生能级跃迁信号，并在微波谐振腔的谐振作用下产生谐振频率信号，即腔泡系统的作用是对原子跃迁脉泽信号的探询并输出一定线宽和功率增益的标准频率信号。这样高能态的氢原子在腔泡运动过程中就会发生受激辐射，使腔内微波能量增加，并在微波谐振腔的谐振作用下产出共振信号，通过微波耦合环检测微波谐振腔内的微波谐振能量就可以将晶体谐振器的谐振频率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。

现有腔泡系统的原理局限性：首先，内真空污染的问题，这个是随着氢原子频标开机时间而递增的过程，其现象为氢原子频标稳定度的恶化，内因为原子存储区域的污染。这污染源具目前所分析得知源头是氢频标吸附泵，污染物有无机盐组成，其释放途径和速率未知。这类污染问题程度较轻会使得氢频标电性能恶化，严重的会使得物理功能性失效。其次，原子跃迁信号及其微弱，在微波腔小型化的过程中，随着微波谐振腔尺寸的变小同时，信号会成比例下降，这必然带来系统指标精度的急剧下降。传统氢原子频标还有吸附泵、温控系统、磁屏蔽等，这些在小型化的过程中，都带来工程实现上的困难。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种信号探询装置。本发明提供的一种信号探询装置，实现高Q值、大功率容量、高换能效率、小温度系数，替代传统氢原子频标微波谐振腔和微波耦合环，对跃迁信号进行谐振耦合探测。

本发明采用的技术方案如下：

一种信号探询装置，包括衬底、下电极、压电薄膜、上电极，所述下电极设置在所述衬底上，所述压电薄膜设置在所述下电极上；所述上电极设置在所述压电薄膜上，所述上电极、下电极分别于电源电气连接，

所述压电薄膜的厚度为λ，则：

λ＝α/2≈v/2f，

其中，α为声波的波长，v表示声音的速度，f为氢原子基态跃迁脉泽信号频率。所述电源的电压小于等于5v。

上述的一种信号探询装置，其中，所述衬底为半导体衬底/二氧化硅衬底/硅衬底/碳化硅衬底。

上述的一种信号探询装置，其中，所述压电薄膜为AlN压电薄膜。