[发明专利]纳米Y波导的芯片原子钟微型系统

摘要

本发明介绍一种基于纳米Y波导的芯片原子钟微型系统，包括磁屏蔽部分、光学系统和物理系统。光学系统和物理系统设置于磁屏蔽层内部，其中，光学系统采用的独特的纳米Y波导和纳米垂直耦合光栅的应用，极大提高了光电转换效率与空间利用率，减小了原子钟的体积，此外，特别是采用了两层磁屏蔽设计，有效的提高了屏蔽效果。本发明的基于纳米Y波导的芯片原子钟微型系统具有便于安装、性能稳定、结构紧凑、体积小、功耗低、寿命长、精度高等特点。

主权项

1.纳米Y波导的芯片原子钟微型系统，其特征在于包括磁屏蔽部分（1）、光学系统（2）和物理系统（4）；/n磁屏蔽部分（1）包括外部磁屏蔽外壳（5）和内部磁屏蔽外壳（14），外部磁屏蔽外壳（5）内设有PCB电路板（22），PCB电路板（22）上安装有电压控制模块（8）、 VCSEL电流控制模块（9）、射频控制模块（10）和温度控制模块（12），内部磁屏蔽外壳（14）的下方面板上开有两个纳米垂直耦合光栅的轮廓口；/n光学系统（2）包括垂直腔面发射激光器（6）、微光学透镜组（7）和纳米波导功能单元（3）；微光学透镜组（7）包括衰减片、偏振片、λ/4波片三片透镜；纳米波导功能单元（3）包括相位调制单元（11）、纳米垂直耦合光栅（20）和纳米Y波导（21），纳米垂直耦合光栅（20）分别位于纳米Y波导（21）的分叉端部和端部，相位调制单元（11）位于纳米Y波导（21）的其中一个分支上，电压控制模块（8）、 VCSEL电流控制模块（9）都和垂直腔面发射激光器（6）连接，射频控制模块（10）和相位调制单元（11）连接；纳米Y波导（21）安装固定于PCB电路板（22）上，衰减片、偏振片、λ/4波片从上到下依次安装到PCB电路板（22）支架上，垂直腔面发射激光器（6）粘接于衰减片上方的空间支架上；/n物理系统（4）包括光电转换器（15）、C场线圈（16）、聚酰亚胺隔热层（17）、ITO（18）以及MEMS微气室（19），MEMS微气室（19）的上方从上到下依次设置C场线圈（16）、聚酰亚胺隔热层（17）、ITO（18），下方从上到下依次设置ITO（18）、聚酰亚胺隔热层（17）、C场线圈（16），MEMS微气室（19）上方的C场线圈（16）上设置两个光电转换器（15），物理系统（4）设置于内部磁屏蔽外壳（14）内，温度控制模块（12）和ITO（18）连接；内部磁屏蔽外壳（14）下方面板的轮廓口分别卡在纳米Y波导（21）分叉端部的两个纳米垂直耦合光栅（20）上；/n封装步骤如下：（1）纳米Y波导（21）安装固定于PCB电路板（22）之上；（2）将衰减片、偏振片、λ/4波片从上到下依次安装到电路板支架上；（3）衰减片上方的空间支架上设有垂直腔面发射激光器（6）的焊盘和热敏电阻的焊盘，将垂直腔面发射激光器（6）和热敏电阻安装在空间支架上，并用铟丝将空间支架与调节好的微光学透镜组（7）焊接成一个完整的固定的结构；（4）MEMS微气室（19）与ITO（18）、聚酰亚胺隔热层（17）的固定：采用激光器将MEMS微气室、ITO、聚酰亚胺隔热层光路对准，并将MEMS微气室和这些部件利用紫外光固胶固定在一起；（5）以上组件装备完成后，PCB电路及各控制模块的芯片通电并连接到封装管座上之后，对其中所有电学连接进行测试；（6）对核心组件测试透光性和铷吸收曲线；（7）当透光性和铷吸收曲线良好时，用紫外光固胶安装C场线圈（16）；（8）将导电胶涂抹在C场线圈的玻片上，将光电转换器（15）固定在上面；（9）然后再次进行透光性和铷吸收曲线测试，以上测试都正常，利用外部磁屏蔽外壳5和内部磁屏蔽外壳14真空封装，然后测试整体性能。/n