一种积分球冷原子钟装置及实现方法与流程

本发明涉及冷原子频标。更具体地，涉及一种积分球冷原子钟装置及实现方法。

背景技术：

1、冷原子频标主要是利用冷原子与微波之间的分离振荡场相互作用产生鉴频曲线，从而使本地振荡器输出高稳定度和高准确度的频率信号。其中积分球冷原子钟是一种新型的小型化冷原子钟，不仅具有高稳定度、高准确度和漂移率低等优异的性能优势，而且具有体积小、重量轻和功耗低等相当高的工程价值。基于这些优势，其不仅可以作为地面守时钟，而且在空间微重力环境下，微波探询时间可以增加约半个数量级，所以积分球冷原子钟的性能在微重力环境下还可以进一步提高，为下一代卫星导航系统提供高精度的时间信号。因此其从根本上决定着我国未来导航定位系统的导航、定位和授时的精度，关系到整个系统的服务性能。即其发挥的作用将不可或缺，研制需求也不言而喻，进一步提升其性能指标对卫星导航系统将具有重要意义。此外，积分球冷原子钟也将用于我国未来深空探测和地月空间时频系统等空间工程，同样提供高精度的时间信号，决定着我国未来空间探测能力。综合来看，提升积分球冷原子钟的性能将对我国的航天事业具有重要意义。

2、目前，面对上述各重大工程对积分球冷原子钟的迫切的高精度性能和星载工程需求，积分球冷原子钟的发展趋势可概括为两个方面：一方面是采用新原理和新方法不断提高精度指标；另一方面是通过新技术压缩工程特性，实现超小型工程样机。而目前其高精度指标性能作为重要的科学问题，尤其是频率稳定度作为核心的精度特征，决定了上述重大工程的基本服务和空间探测水平的保持能力。然而积分球冷原子钟目前主要由于在每个钟周期内均存在较长时间的冷原子制备时间，导致其对本地振荡器振采样时间在每个钟周期内均较短，这种对本地振荡器的间歇性采样且占空比较低的问题，使得本地振荡器钟周期频率的整数倍频率噪声发生下转换现象，并且限制了喷泉钟的频率稳定度进一步提高，该频率限制过程一般称之为dick效应。当前在dick效应中，较低占空比问题是限制频率稳定度难以继续提高的技术瓶颈，这就导致积分球冷原子钟在未来无法满足上述重大工程更广阔和更深入的发展和应用需求。

3、面对积分球冷原子钟上述鲜明的应用场景，针对提高其占空比的研究尚处于空白阶段，因此亟需开展新方案和新技术攻关，突破其技术瓶颈，填补发展空白，促进其应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种积分球冷原子钟装置及实现方法，以解决现有技术存在的问题中的至少一个。

2、为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

3、本发明第一方面提供了一种积分球冷原子钟装置，该装置包括至下而上依次设置的真空室、多个机械开关和多个反射镜；其中

4、所述真空室，用于当第一类光注入后，实现冷原子制备并得到多个激光冷却后的冷原子团；

5、所述多个机械开关，用于当第二类光注入所述真空室时，通过关闭或打开所述多个机械开关实现制备或探测多个与微波相互作用的冷原子团；

6、所述多个反射镜，用于对所述第二类光进行反射形成驻波。

7、可选地，所述真空室包括圆柱形积分球和设置在所述圆柱形积分球上的第一圆柱形微波腔和第二圆柱形微波腔。

8、可选地，所述多个机械开关至少包括第一机械开关和第二机械开关；其中

9、所述第一机械开关设置于所述真空室上方，且与所述第一圆柱形微波腔的中心轴线同轴；

10、所述第二机械开关设置于所述真空室上方，且与所述第二圆柱形微波腔的中心轴线同轴。

11、可选地，所述多个反射镜至少包括第一反射镜和第二反射镜；其中

12、所述第一反射镜设置于所述第一机械开关的上方，且与所述第一圆柱形微波腔的中心轴线同轴；

13、所述第二反射镜设置于所述第二机械开关的上方，且与所述第二圆柱形微波腔的中心轴线同轴。

14、可选地，所述圆柱形积分球的下端面均匀的开设多个第一通光孔和多个第二通光孔；其中

15、所述多个第一通光孔用于注入冷却光和再抽运光和抽运光；

16、所述多个第二通光孔用于注入推光和探测光。

17、可选地，所述多个第一通光孔至少包括两个第一通光孔，所述多个第二通光孔至少包括两个第二通光孔；其中

18、所述两个第一通光孔的连线与所述两个第二通光孔的连线垂直。

19、可选地，所述圆柱形积分球，用于当冷却光和再抽运光和抽运光注入时，实现冷原子制备并得到激光冷却后的第一冷原子团和激光冷却后的第二冷原子团。

20、可选地，所述第一圆柱形微波腔和所述第二圆柱形微波腔，用于共用所述冷原子并通过不同位置的推光分别形成与微波相互作用的第一冷原子团以及与微波相互作用的第二冷原子团。

21、可选地，所述第一圆柱形微波腔和所述第二圆柱形微波腔，还分别用于通过不同位置的探测光吸收探测所述与微波相互作用的第一冷原子团和所述与微波相互作用的第二冷原子团。

22、本发明第二方面提供了一种积分球冷原子钟装置的实现方法，该方法包括

23、利用真空室，当第一类光注入后，实现冷原子制备并得到多个激光冷却后的冷原子团；

24、利用多个机械开关，当第二类光注入所述真空室时，通过关闭或打开所述多个机械开关实现制备或探测多个与微波相互作用的冷原子团；

25、利用多个反射镜，对所述第二类光进行反射形成驻波。

26、本发明的有益效果如下：

27、本发明提供的一种积分球冷原子钟装置，不仅有效提高了积分球冷原子钟对本地振荡器的间歇性采样的占空比，解决了较低的占空比通过dick效应对积分球冷原子钟频率稳定度的限制，而且装置结构简单易实现，同时材料和加工成本低，方法合理易操作。

技术特征：

1.一种积分球冷原子钟装置，其特征在于，该装置包括至下而上依次设置的真空室、多个机械开关和多个反射镜；其中

2.根据权利要求1所述的积分球冷原子钟装置，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的积分球冷原子钟装置，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的积分球冷原子钟装置，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的积分球冷原子钟装置，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的积分球冷原子钟装置，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的积分球冷原子钟装置，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的积分球冷原子钟装置，其特征在于，

9.根据权利要求8所述的积分球冷原子钟装置，其特征在于，

10.一种积分球冷原子钟装置的实现方法，其特征在于，该方法包括

技术总结本发明实施例公开一种积分球冷原子钟装置及实现方法。在一具体实施方式中，该装置包括至下而上依次设置的真空室、多个机械开关和多个反射镜；其中所述真空室，用于当第一类光注入后，实现冷原子制备并得到多个激光冷却后的冷原子团；所述多个机械开关，用于当第二类光注入所述真空室时，通过关闭或打开所述多个机械开关实现制备或探测多个与微波相互作用的冷原子团；所述多个反射镜，用于对所述第二类光进行反射形成驻波。该实施方式不仅有效提高了积分球冷原子钟对本地振荡器的间歇性采样的占空比，解决了较低的占空比通过Dick效应对积分球冷原子钟频率稳定度的限制，而且该装置结构简单易实现，同时材料和加工成本低，方法合理易操作。技术研发人员：王秀梅,陈景标,王一非,刘国栋,王丹阳,邓博涵,侯馨华,王亮受保护的技术使用者：北京无线电计量测试研究所技术研发日：技术公布日：2024/1/15