高精度混合緩沖氣體堿金屬原子蒸汽泡的制作方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及堿金屬原子蒸汽泡原子鐘技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種高精度混合緩沖氣體 堿金屬原子蒸汽泡的制作方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 銣原子鐘由于其結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高和優(yōu)異的短期頻率穩(wěn)定度自二十世紀六十年 代以來在衛(wèi)星導航定位、通訊等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。進入二十一世紀，由于原子鐘技術(shù)的 發(fā)展產(chǎn)生了脈沖光抽運原子鐘，由于它可以消除光頻移，其頻率穩(wěn)定度可以達到6E-150萬 秒，是下一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)首選的高性能星載鐘。銣原子鐘的核心部件是銣原子鐘蒸汽泡， 它包括同位素銣和混合緩沖氣體。1953年，Dicke提出可以利用惰性緩沖氣體使氣泡內(nèi)的 銣原子局限在一個小范圍內(nèi)從而減小多普勒展寬以及減小因銣原子與泡壁的非彈性碰撞 而引起的弛豫，這就是所謂的Dicke效應(yīng)。緩沖氣體與銣原子之間的碰撞使鐘躍迀頻率產(chǎn) 生緩沖氣體頻移。緩沖氣體頻移是溫度的二次函數(shù)，如式（1)所示，
[0003] Δν = Ρ(β + δΔΤ+γΔΤ2) (1)
[0004] 其中P是緩沖氣體壓力，β是頻移系數(shù)，δ是一階溫度系數(shù)，γ是二階溫度系數(shù)。 實驗發(fā)現(xiàn)二階溫度系數(shù)遠小于一階溫度系數(shù)，因此，緩沖氣體頻移主要由頻移系數(shù)β和一 階溫度系數(shù)S決定。采用兩種混合緩沖氣體的頻移如公式（2)所示
[0005] Δ V = Ps ( β，+ δ ' Δ T+ γ ' Δ T2) (2)
【主權(quán)項】
1. 一種高精度混合緩沖氣體堿金屬原子蒸汽泡的制作系統(tǒng)，其特征在于，包括真空泵 組（1)、第一多通道管（2)、第一真空閥門（31)、第二真空閥門（32)、第三真空閥門（33)、 第四真空閥門（34)、第五真空閥門（35)、第一緩沖氣體儲氣瓶（41)、第二緩沖氣體儲氣瓶 (42)、壓力計（5)、第二多通道管（6)、可擊破封結(jié)的堿金屬原子蒸汽瓶（7)和石英泡（8); 上述各部件的連接關(guān)系如下： 所述的真空泵組（1)通過第一真空閥門（31)與所述的第一多通道管（2)的一端相連， 該第一多通道管（2)的另一端經(jīng)所述的第四真空閥門（34)與所述的第二多通道管（6)的 一端相連，該第二多通道管（6)的中部與所述的堿金屬原子蒸汽瓶（7)相連，該第二多通道 管（6)的另一端通過所述的第五真空閥門（35)與所述的石英泡（8)相連； 在所述的第一真空閥門（31)和第四真空閥門（34)之間的第一多通道管（2)上依次設(shè) 有第二真空閥門（32)、第三真空閥門（33)和壓力計（5)，所述的第二真空閥門（32)與第一 緩沖氣體儲氣瓶（41)相連，所述的第三真空閥門（33)與第二緩沖氣體儲氣瓶（42)相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度混合緩沖氣體堿金屬原子蒸汽泡的制作方法與系統(tǒng)， 其特征在于，所述的第一真空閥門（31)和第四真空閥門（34)之間的第一多通道管（2)以 及第四真空閥門（34)與第五真空閥門（35)之間的第二多通道管（6)構(gòu)成緩沖氣體混合 室，用以使兩種緩沖氣體按照所需的比例均勻混合后同時擴散進石英泡（8)。
3. -種高精度混合緩沖氣體堿金屬原子蒸汽泡的制作方法，其特征在于，該方法包括 如下步驟： ① 設(shè)第一真空閥門（31)與第四真空閥門（34)之間的管道體積為％，第四真空閥門 (34)與所述第五真空閥門（35)之間的管道體積為V2，第五真空閥門（35)與石英泡（8)之 間的管道體積為V3; ② 打開第一真空閥門（31)、第四真空閥門（34)和第五真空閥門（35)，關(guān)閉第二真空閥 門（32)和第三真空閥門（33)，將權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)抽到所需的真空； ③ 關(guān)閉第四真空閥門（34)，擊破堿金屬原子蒸汽瓶（7)的封結(jié)并加熱堿金屬原子蒸汽 瓶使堿金屬原子蒸汽擴散進石英泡（8)，并凝結(jié)在石英泡（8)的排氣管部位； ④ 關(guān)閉第一真空閥門（31)和第五真空閥門（35)，打開第二真空閥門（32)和第四真空 閥門（34)，向％和V2體積管道內(nèi)充入第一種緩沖氣體； ⑤ 設(shè)最終石英泡（8)里需要的第一種緩沖氣體的壓強為Pp則等到壓力計（5)的讀數(shù) 等于？1(|時，關(guān)閉第二真空閥門（32); ⑥ 關(guān)閉第四真空閥門（34)使％體積管道內(nèi)的壓力保持為P1(l; ⑦ 打開第一真空閥門（31)將％體積管道內(nèi)的第一種緩沖氣體抽空； ⑧ 關(guān)閉第一真空閥門（31)，打開第三真空閥門（33)，向％體積管道內(nèi)充入第二種緩沖 氣體； ⑨ 設(shè)最終石英泡（8)里需要的第二種緩沖氣體的壓強為P2,則等到壓力計（5)的讀數(shù) 等于P2Q時，關(guān)閉第三真空閥門（33); ⑩ 打開第四真空閥門（34)使兩種緩沖氣體充分混合； (11) 打開第五真空閥門（35)使混合后的緩沖氣體同時擴散進石英泡（8)，則石英泡內(nèi)的 緩沖氣體壓強達到所需的PJPP2; (12) 關(guān)閉第五真空閥門（35)用氫氧焰封結(jié)石英泡排氣管，取下石英泡。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高精度混合緩沖氣體堿金屬原子蒸汽泡的制作方法及系統(tǒng)，主要包括真空泵組，多通道管，真空閥門，緩沖氣體儲氣瓶，壓力計，緩沖氣體儲存室，可擊破封結(jié)的堿金屬原子蒸汽瓶和石英泡等部分。其特征在于所述的閥門31和閥門35之間構(gòu)成緩沖氣體混合室，用以使兩種緩沖氣體按照所需的比例均勻混合，然后同時擴散進堿金屬蒸汽泡。本發(fā)明解決了通常的充氣方法中由于兩種緩沖氣體擴散進堿金屬原子蒸汽泡的時間不同而導致堿金屬原子蒸汽泡內(nèi)實際的緩沖氣體壓力與所需的壓力有很大偏差的問題，可以精密控制混合緩沖氣體的壓力，為高性能原子鐘和精密測量物理等研究領(lǐng)域提供了一種制作高精度混合緩沖氣體堿金屬原子泡的方法。
【IPC分類】B81C1-00, G04F5-14
【公開號】CN104609364
【申請?zhí)枴緾N201510042253
【發(fā)明人】董功勛, 鄧見遼, 林錦達, 張松, 王育竹
【申請人】中國科學院上海光學精密機械研究所
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月28日