本發(fā)明涉及精密光譜檢測(cè)，尤其涉及一種工作溫度可調(diào)的原子鐘及制備方法。

背景技術(shù)：

1、容納熱原子的原子氣室被廣泛使用在量子精密測(cè)量領(lǐng)域。原子氣室通常采用玻璃熔接來制造密閉透光的腔室，同時(shí)將高純惰性氣體或堿金屬原子與特定配比的氣體混合密封起來，以此形成原子精密測(cè)量傳感器的核心敏感部件。例如cpt銣原子鐘基于原子氣室進(jìn)行測(cè)量，能輸出高度穩(wěn)定的頻率信號(hào)。然而，在外環(huán)境溫度變化顯著的條件下使用時(shí)，cpt銣原子鐘輸出頻率將受到影響，主要原因是，原子氣室中的原子所處環(huán)境溫度發(fā)生了變化，溫度變化引起了原子能級(jí)移動(dòng)，進(jìn)而影響了原子鐘輸出頻率。目前通過優(yōu)化物理封裝設(shè)計(jì)和控溫能力來提高原子氣室的工作溫度穩(wěn)定性具有局限性，減少原子氣室對(duì)溫度敏感的方法大多集中在通過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)獲取溫度頻移系數(shù)和并優(yōu)化緩沖氣體配比。其核心原理是：堿金屬原子由于與緩沖氣體原子產(chǎn)生碰撞，其能級(jí)會(huì)隨溫度變化而移動(dòng)，但不同緩沖氣體的碰撞頻移系數(shù)不同，有的表現(xiàn)為正頻移，有的表現(xiàn)為負(fù)頻移。因此可以通過在原子氣室內(nèi)充入一定比例的緩沖氣體的組合來抵消溫度頻移，構(gòu)建具有特定溫度下零溫度敏感特性的氣室。但是，隨著原子氣室制作完成，其內(nèi)部的緩沖氣體組分已經(jīng)確定，為了取得零溫度敏感的效果，只能讓原子氣室工作在設(shè)計(jì)時(shí)就已確定的單一工作溫度點(diǎn)下工作，不具有使用靈活性；而且，在原子氣室的制備過程中可能在各種因素的影響下導(dǎo)致最終性能與預(yù)設(shè)有偏差，導(dǎo)致成型的原子氣室的實(shí)際適用工作溫度與預(yù)設(shè)的工作溫度不一致，從而導(dǎo)致報(bào)廢，增加了制造成本以及降低了生產(chǎn)效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于以上所述，本發(fā)明的目的在于提供一種工作溫度可調(diào)的原子鐘及制備方法，適用范圍較廣，實(shí)用性和使用靈活性較佳。

2、為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種工作溫度可調(diào)的原子鐘，包括封裝殼體以及設(shè)置在所述封裝殼體內(nèi)的激光源、光強(qiáng)調(diào)節(jié)部件、原子氣室、溫控部件、檢測(cè)部件和鎖頻部件，所述激光源用于產(chǎn)生激光，所述光強(qiáng)調(diào)節(jié)部件設(shè)置在所述激光源和所述原子氣室之間，所述光強(qiáng)調(diào)節(jié)部件用于調(diào)節(jié)所述激光入射進(jìn)所述原子氣室前的激光光強(qiáng)，所述原子氣室包括透明玻璃泡以及填充在所述透明玻璃泡內(nèi)的堿金屬和背景氣體，所述溫控部件設(shè)置在所述原子氣室外，用于加熱并維持所述原子氣室至預(yù)設(shè)溫度，所述預(yù)設(shè)溫度可調(diào)，所述檢測(cè)部件用于檢測(cè)所述激光透過所述原子氣室后的光強(qiáng)和輸出頻率，所述鎖頻模塊用于根據(jù)所述檢測(cè)部件的檢測(cè)信號(hào)控制所述激光源發(fā)射的激光頻率。

4、作為一種工作溫度可調(diào)的原子鐘的優(yōu)選方案，所述光強(qiáng)調(diào)節(jié)部件包括依次間隔設(shè)置在所述激光源和所述原子氣室之間的半玻片、偏振片和四分之一玻片，所述半玻片繞其中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在所述封裝殼體內(nèi)，所述偏振片和四分之一玻片固定在所述封裝殼體內(nèi)。

5、作為一種工作溫度可調(diào)的原子鐘的優(yōu)選方案，還包括磁屏蔽部件，所述磁屏蔽部件設(shè)置在所述原子氣室外，用于屏蔽地球磁場(chǎng)。

6、作為一種工作溫度可調(diào)的原子鐘的優(yōu)選方案，還包括控制模塊，所述溫控部件與所述控制模塊電連接，所述控制模塊用于控制所述溫控部件的加熱溫度；或所述溫控部件可拆卸連接在所述原子氣室外。

7、一種如上述任一技術(shù)方案所述的工作溫度可調(diào)的原子鐘的制備方法，包括：

8、準(zhǔn)備一個(gè)原子氣室，并在所述原子氣室外設(shè)置溫度可調(diào)的溫控部件；

9、準(zhǔn)備一個(gè)激光器、光強(qiáng)調(diào)節(jié)部件、檢測(cè)部件和鎖頻部件，所述激光器產(chǎn)生的激光光強(qiáng)已知；

10、采用所述激光器、所述光強(qiáng)調(diào)節(jié)部件、所述溫控部件以及所述檢測(cè)部件對(duì)所述原子氣室進(jìn)行不同光強(qiáng)激光下溫度敏感特性檢測(cè)，得到激光光強(qiáng)與原子氣室零溫度漂移點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系；

11、將所述激光器、所述光強(qiáng)調(diào)節(jié)部件、所述原子氣室和所述檢測(cè)部件和所述鎖頻部件按預(yù)設(shè)裝配位置裝配至封裝殼體內(nèi)，并根據(jù)所述原子鐘的所需工作溫度，設(shè)定或重新設(shè)定所述溫控部件的工作溫度至所述所需工作溫度，以及根據(jù)所述所需工作溫度以及激光光強(qiáng)與所述原子氣室零溫度漂移點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系調(diào)節(jié)所述光強(qiáng)調(diào)節(jié)部件至第一調(diào)節(jié)量。

12、作為一種工作溫度可調(diào)的原子鐘的制備方法的優(yōu)選方案，準(zhǔn)備一個(gè)原子氣室包括：

13、參考背景氣體填充量-工作溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)所述所需工作溫度向原子氣室封裝腔室中填充預(yù)設(shè)量的背景氣體，制得所述原子氣室。

14、作為一種工作溫度可調(diào)的原子鐘的制備方法的優(yōu)選方案，還包括獲取所述光強(qiáng)調(diào)節(jié)部件的調(diào)節(jié)量與原子氣室的零溫度漂移點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系，具體包括如下步驟：

15、獲取所述光強(qiáng)調(diào)節(jié)部件的調(diào)節(jié)量與入射所述原子氣室的激光光強(qiáng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

16、采用所述激光器產(chǎn)生激光，并采用所述光強(qiáng)調(diào)節(jié)部件改變?nèi)肷渌鲈託馐业募す夤鈴?qiáng)，采用所述檢測(cè)部件在不同的入射激光光強(qiáng)條件下對(duì)所述原子氣室的溫度敏感特性進(jìn)行檢測(cè)，得到不同光強(qiáng)激光下的原子氣室溫度敏感特性曲線；

17、根據(jù)不同光強(qiáng)激光下的原子氣室溫度敏感特性曲線得到激光光強(qiáng)與原子氣室零溫度漂移點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

18、根據(jù)所述調(diào)節(jié)量和所述激光光強(qiáng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及所述激光光強(qiáng)和原子氣室零溫度漂移點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系得到調(diào)節(jié)量與原子氣室零溫度漂移點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，調(diào)節(jié)所述第一調(diào)節(jié)量時(shí)根據(jù)所述所需工作溫度以及所述調(diào)節(jié)量與原子氣室零溫度漂移點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系調(diào)節(jié)。

19、作為一種工作溫度可調(diào)的原子鐘的制備方法的優(yōu)選方案，所述光強(qiáng)調(diào)節(jié)部件包括依次間隔設(shè)置的半玻片、偏振片和四分之一玻片，裝配所述光強(qiáng)調(diào)節(jié)部件時(shí)，將所述偏振片和所述四分之一玻片固定在所述封裝殼體內(nèi)，并將所述半玻片繞其中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)裝配在所述偏振片和所述四分之一玻片之間；

20、采用所述光強(qiáng)調(diào)節(jié)部件改變?nèi)肷渌鲈託馐业募す夤鈴?qiáng)包括：

21、每次旋轉(zhuǎn)所述半玻片預(yù)設(shè)角度，使得入射所述原子氣室前的激光光強(qiáng)調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)值。

22、作為一種工作溫度可調(diào)的原子鐘的制備方法的優(yōu)選方案，獲取所述光強(qiáng)調(diào)節(jié)部件的調(diào)節(jié)量與入射所述原子氣室的激光光強(qiáng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系包括：

23、旋轉(zhuǎn)所述半玻片至零調(diào)節(jié)位，使得所述激光器產(chǎn)生的激光經(jīng)過所述光強(qiáng)調(diào)節(jié)部件后光強(qiáng)不變，通過所述檢測(cè)部件檢測(cè)并記錄所述原子氣室的透射光強(qiáng)；

24、依次按預(yù)設(shè)角度旋轉(zhuǎn)所述半玻片，每次通過所述檢測(cè)部件檢測(cè)并記錄所述原子氣室的透射光強(qiáng)。

25、作為一種工作溫度可調(diào)的原子鐘的制備方法的優(yōu)選方案，采用所述檢測(cè)部件在不同的入射激光光強(qiáng)條件下對(duì)所述原子氣室的溫度敏感特性進(jìn)行檢測(cè)包括：

26、調(diào)節(jié)所述光強(qiáng)調(diào)節(jié)部件至入射所述原子氣室前的激光光強(qiáng)為第一光強(qiáng)，在預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)，通過所述溫控部件多次改變所述原子氣室的溫度條件，采用所述檢測(cè)部件檢測(cè)并記錄每個(gè)溫度條件下對(duì)應(yīng)的輸出頻率，得到所述第一光強(qiáng)下的原子氣室溫度敏感特性曲線；

27、在預(yù)設(shè)光強(qiáng)范圍內(nèi)，多次調(diào)節(jié)所述光強(qiáng)調(diào)節(jié)部件至入射所述原子氣室前的激光光強(qiáng)，重復(fù)上述步驟，得到若干個(gè)不同激光光強(qiáng)下的原子氣室溫度敏感特性曲線。

28、本發(fā)明的有益效果為：

29、本發(fā)明提供一種工作溫度可調(diào)的原子鐘，由于封裝完成后的原子氣室的適用工作溫度確定，通過設(shè)置光強(qiáng)調(diào)節(jié)部件，使得入射原子氣室的激光光強(qiáng)能根據(jù)需求調(diào)節(jié)，同時(shí)通過調(diào)節(jié)溫控部件的工作溫度，從而能控制該原子鐘的適用溫度根據(jù)需求改變，并保證原子氣室處于零溫度敏感特性，以保證該原子鐘輸出穩(wěn)定的頻率。即該原子鐘的適用溫度區(qū)間較大，非局限于單一的工作溫度，使用靈活性較佳，使得該原子鐘能適用于更多應(yīng)用場(chǎng)景。

30、本發(fā)明還提供一種工作溫度可調(diào)的原子鐘的制備方法，通過檢測(cè)原子氣室在不同激光光強(qiáng)下的溫度敏感特性，并通過裝配光強(qiáng)調(diào)節(jié)部件，即使使用的原子氣室的適用工作溫度與原子鐘所需工作溫度有差別，也能通過光強(qiáng)調(diào)節(jié)部件將原子鐘的使用溫度校準(zhǔn)至所需工作溫度，有利于節(jié)省生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率；且該原子鐘所需工作溫度變化時(shí)，也能通過光強(qiáng)調(diào)節(jié)部件以及調(diào)整溫控部件的工作溫度，調(diào)整該原子鐘的適用溫度，使得該原子鐘的適用溫度范圍較廣，使用靈活性和實(shí)用性較佳。