[发明专利]一种小型化铷频标物理系统

说明书

本发明公开了一种小型化铷频标物理系统，包括铷光谱灯和腔泡系统，铷光谱灯和腔泡系统分别固定在隔热底板上，光学隔热支架通过支架固定螺钉与隔热底板上的腰形槽孔连接，光学隔热支架位于铷光谱灯和腔泡系统之间，光学隔热支架的两侧面分别设置有连通的平凸透镜安装孔和滤光片安装孔，平凸透镜安装孔内安装有平凸透镜，滤光片安装孔内安装有干涉滤光片，磁屏底板设置在隔热底板的底面，铷光谱灯、腔泡系统、光学隔热支架设置在磁屏外壳内，磁屏外壳倒扣在隔热底板上。本发明具有装配简单、参数可调、便于批量生产的优点，可用于小型化铷频标物理系统的模块化生产。

技术领域

本发明涉及一种物理系统结构，更具体涉及一种小型化铷频标物理系统，适合应用于对体积要求严格的小型化铷频标中。

背景技术

铷频标由于其体积小、功耗低、重量轻等特点，其实用性远超过其他类型的原子频标，成为目前应用最为广泛的原子频标，主要有高性能和小型化两个发展方向。高性能铷频标主要搭载于导航卫星、合成孔径雷达卫星、电子侦察卫星、军事通信卫星等，小型化铷频标的应用场景十分广泛，主要用于通信基站、机载和弹载装备、野外作业以及低轨小卫星等领域。相对于星载高性能铷频标而言，小型化铷频标虽在性能指标上有所欠缺，但是具有体积小、重量轻、功耗低等优点，仍然具有庞大的市场空间。近年来，谱灯抽运小型化铷频标不再单纯以追求体积小为目的，也开始转而注重频率稳定度性能的提升。

铷频标的小型化在很大程度上依赖于物理系统的集成化和电子学系统的微型化设计。铷频标的物理系统主要由铷光谱灯和腔泡组件两部分组成，在锁频环路中起鉴频器的作用，是铷频标的核心。其中铷光谱灯是物理系统的抽运光源，腔泡组件是铷原子发生光-微波双共振跃迁的场所，它们的体积决定了铷频标的体积；物理系统产生的鉴频信号的信噪比直接决定铷频标短期频率稳定度。

小型化铷频标的设计难点在于，其尺寸较小，结构十分紧凑，很容易出现热积累和电磁干扰现象，需要在设计时重点考虑。

要想提高铷频标的短期频率稳定度，就必须努力提高物理系统的信噪比。提高信噪比有两种途径，增大信号强度或降低噪声水平。由于受限于小型化铷频标的体积，不可能通过采用无限地扩大灯泡和吸收泡尺寸的方法来增大信号强度，只能在现有尺寸和结构的基础上，通过降低信号噪声水平来提高信噪比。

铷光谱灯是铷钟的抽运光源，其发光光谱特性对信噪比有很大影响。由于谱灯发光的发散角大，部分抽运光将会照射到开槽管内壁上并在腔内来回反射，这会增大铷原子的弛豫率，造成共振谱线增宽。因此，非常有必要对谱灯发光进行准直，以减小其发散角。为了解决谱灯发出抽运光的发散问题，可以采用在铷频标物理系统光路中设计增加一个平凸透镜的办法，对抽运光进行整形和准直。另一方面，由于谱灯发光包括⁸⁷Rb原子发光和缓冲气体原子发光，对跃迁信号有贡献的是⁸⁷Rb原子发出的有效光，Xe原子发光的光谱没有抽运效果，对原子信号没有贡献，被光电池探测后仅增加了散弹噪声，这限制了物理系统性能的发挥。可使用带通干涉滤光片将铷光谱灯中的Xe气发光成分滤除，仅保留对光抽运有利的⁸⁷Rb 原子的发光光谱。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种小型化铷频标物理系统。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：

一种小型化铷频标物理系统，包括铷光谱灯和腔泡系统，铷光谱灯和腔泡系统分别固定在隔热底板上，光学隔热支架通过支架固定螺钉与隔热底板上的腰形槽孔连接，光学隔热支架位于铷光谱灯和腔泡系统之间，

光学隔热支架的两侧面分别设置有连通的平凸透镜安装孔和滤光片安装孔，平凸透镜安装孔内安装有平凸透镜，滤光片安装孔内安装有干涉滤光片，

磁屏底板设置在隔热底板的底面，

铷光谱灯、腔泡系统、光学隔热支架设置在磁屏外壳内，磁屏外壳倒扣在隔热底板上。