[发明专利]应用于微型化铷原子钟的一体化封闭式超薄铷光谱灯装置

说明书

本发明公开了一种应用于微型化铷原子钟的一体化封闭式超薄铷光谱灯装置，包括铷灯泡、振荡线圈、高频振荡电路板、滤光片、非金属骨架和金属框架；振荡线圈均匀缠绕在铷灯泡的外壁上；非金属骨架和金属框架设置在铷灯泡外，高频振荡电路板安装于金属框架内，连接振荡线圈，滤光片安装于金属骨架通光孔上。该一体化封闭式超薄铷光谱灯装置采用一体化超薄设计，巧妙且有效地提高装置内空间的利用率，显著降低光谱灯组件的高度。

技术领域

本发明属于铷光谱灯技术领域，具体涉及一种应用于微型化铷原子钟的一体化封闭式超薄铷光谱灯装置。

背景技术

铷原子钟（下称铷钟）是一种利用⁸⁷Rb原子“0-0”跃迁谱线频率制成的原子频率标准，主要用于卫星导航、通信、电力和交通等领域中作为频率参考，具有体积小重量低以及温度适应范围宽等特点，是目前应用最广泛的原子频标。

铷钟主要包括量子物理系统和电子线路两部分，其中量子物理系统包括铷光谱灯、铷滤光泡、铷吸收泡以及光电探测装置，铷光谱灯主要提供用于提供抽运光，是铷钟量子物理系统中的关键部件，其发光的光强、稳定性以及光谱线型直接影响铷钟的性能指标。铷光谱灯装置主要包括高频振荡电路、振荡线圈以及铷灯泡三部分。铷灯泡是内部充有⁸⁷Rb原子和氙气的圆柱形玻璃泡，氙气作为启辉气体。铷灯泡安装在振荡线圈中，高频振荡电路产生约100MHz的高频振荡信号并馈入到振荡线圈中，激发铷灯泡中的⁸⁷Rb原子发出光线。铷光谱灯需要工作在100℃以上，铷钟整机设计中采用温控电路对铷光谱灯装置进行温度控制，铷光谱灯工作温度波动最大不超过1℃。

现有铷光谱灯装置的结构方案主要包括两种，分离式设计方案和一体化设计方案，其中一体化设计方案中也分为开放式和封闭式两种。

分离式设计方案主要是将振荡线圈和铷灯泡以及必要的结构件组成灯头部分，高频振荡电路安装在铷钟的底板上或铷光谱灯组件后端，通过引线将振荡信号馈入到振荡线圈中。分离式设计方案的铷光谱灯装置存在四项不足，第一因灯头与振荡电路分离，整体体积不易控制；第二，高频振荡电路未进行温度控制，高频三极管的放大倍数等参数会随着温度的变化而变化，因此高频振荡信号的功率会受环境温度波动的影响，进而影响到铷光谱灯发光的强度；第三，因为高频振荡电路与振荡线圈之间引线的存在，其高频分布参数（包括分布电容等）较大，高频分布参数与电路固有参数相比比例较大，不利于振荡电路的工作稳定性，会影响铷光谱灯的长期工作稳定性；第四，因分离设计，振荡信号不能够进行有效地屏蔽，会辐射到铷钟的其他部分，将会对铷钟电磁兼容性造成影响。

一体化设计方案的铷光谱灯其高频振荡电路、振荡线圈以及铷灯泡通过非金属材料骨架等设计在一起，其中开放式方案其组件整体呈开放式，不对组件进行整体密闭，仅对振荡线圈与铷灯泡组成的灯头部分进行温度控制，高频振荡电路部分不进行温度控制。

近年来，铷原子钟的小型化以及微型化是其发展的主要方向，在实际应用中整机的高度要求尽量不大于18mm，这就要求铷光谱灯同步进行微型化设计，在满足整机高度要求的前提下需要尽量减小铷光谱灯体积。在小型化以及微型化铷钟设计中铷光谱灯是一个设计难点，主要体现在两点，一是铷光谱灯装置小型及微型化后如何保证一定的发光强度是一个难点；二是小型及微型化铷光谱灯内的射频分布参数的影响将不可忽略，此时射频分布参数将影响高频振荡电路，如何保证光强的稳定性也是一个难点。

发明内容

本发明为了解决原有分离式方案中振荡电路工作温度不稳定的问题，提出了一种应用于微型化铷原子钟的一体化封闭式超薄铷光谱灯装置。

本发明的技术方案是：一种应用于微型化铷原子钟的一体化封闭式超薄铷光谱灯装置包括铷灯泡、振荡线圈、非金属骨架和金属框架；

振荡线圈均匀缠绕在铷灯泡的外壁上；非金属骨架和金属框架设置在铷灯泡外。

进一步地，铷灯泡内含有⁸⁷Rb原子和氙气。