[发明专利]铷原子频标用光谱灯

说明书

技术领域

本发明涉及一种光谱灯领域，更具体涉及到一种铷原子频标用光谱灯，可直接用于各种严格环境下（如星载环境）使用的铷原子频标中。

技术背景

铷原子频标以其体积小、功耗低、稳定性好等原因得到广泛应用，特别是用于卫星定位导航等领域。它主要由物理系统和电路两部分构成。前者作为一个鉴频器提供一个参考频率，后者相当于一个频率锁定环路用以将压控晶体振荡器的输出频率锁定在物理系统的参考频率上。物理系统大致可分为光谱灯和腔泡系统两部分。谱灯发出的光经滤光后将吸收泡中处于基态超精细能级F=1的87Rb原子抽运到F=2能级，造成粒子数反转。此时用外加微波场激励87Rb原子从F=2到F=1能级的跃迁。跃迁发生时，光电池检测到的透过吸收泡光强要变弱。透射光强的这种变化即是原子跃迁的光检测信号。谱灯发光的稳定性直接影响原子跃迁信号的稳定性，从而影响频标整机的性能。

传统铷原子频标已有较为成熟的光谱灯设计方案，但只针对一般大气环境工作设计，在星载环境下会出现真空过热、低气压放电灯问题。对于这种条件使用的铷原子频标往往对指标的要求也很高，且具有与地面使用的铷频标完全不同的工作环境。为了满足星载环境适应性和谱灯工作的稳定性和可靠性的要求，发明了此种新结构的谱灯。这种结构谱灯同现有技术相比具有以下优点和效果：电磁兼容性好，结构简洁，易于加工以及产品化。环境适应性强，在大气、星载环境使用铷原子频标中均可采用。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种铷原子频标用光谱灯，结构简洁，易于加工，性能稳定，可直接应用于铷原子频标中，环境适应性好的铷原子频标用光谱灯，包括射频信号从射频振荡器到灯头的无损传输方式，易于灯泡点亮、易于改善耦合效率的灯头罩开槽方式，保证了灯泡冷端的设计方式，以及灯泡与金属灯头罩之间热交换方式。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：

一种铷原子频标用光谱灯，它由玻璃片、灯头罩、加热丝、过渡电路板、灯泡、耦合线圈、感温元件、灯支架、同轴线、屏蔽盒和射频电路板构成。其特征在于：蓝宝石玻璃片通过硅橡胶（GD414）粘合在灯头罩顶部玻璃片卡口内，是谱灯的通光窗口。耦合线圈是一个密绕在灯泡上部的金属线圈，其一端与同轴线芯线焊接，另一端与同轴线外壁焊接。同轴线穿过灯头罩、过渡电路板、屏蔽盒和射频电路板，其外壁与灯头罩保持良好的电接触，并焊接在过渡电路板和射频电路板的地端。灯泡为内部充入适量的金属铷和惰性气体（Ar、Xe）的玻璃泡，形状为圆柱状，下部为泡尾。灯头罩为金属材料制成的圆筒状结构，内部有一卡座，用于安放铷灯泡。在卡座及杯状结构内涂满硅橡胶（GD414），实现灯泡和灯头罩之间牢固的机械接触和紧密的热接触。在金属灯头罩侧壁上开有尺寸合适的槽；用于缠绕加热线圈。加热线圈采用双线并绕法绕制。灯头罩的侧部开有一个狭缝。灯头罩的底面有一小孔，用于安放感温元件，感温元件是一个热敏电阻MF51。灯头罩下部是一个杯状结构，用来容纳铷灯泡的泡尾。灯头罩通过螺钉固定在过渡电路板上。加热线圈和感温元件的引线焊接在过渡电路板上，并通过渡电路板接入一个控温电路（图中未示出）。灯头罩通过其底部的螺钉固定在过渡电路板上，过渡电路板通过螺钉固定在灯支架上。灯支架可用低导热的金属钛合金材料制作。灯支架通过螺钉固定在屏蔽盒上。射频电路板由螺钉固定在屏蔽盒内。在射频电路板上装有一个高频振荡器。该高频振荡器可用Klapp电路或其它合适的电路原理制成，可以产生频率在几十到一百多兆赫兹的高频电信号。

所述的激励信号由同轴线直接从射频电路板通过灯头罩底部小孔传送进灯头罩。

所述的在金属灯头罩侧壁上开有尺寸合适的狭缝。

所述的在灯头罩顶部的卡口用蓝宝石玻璃使灯头罩封闭。

所述的灯泡泡尾通过硅基粘合剂直接与金属灯头罩连接，这使得灯泡的尾端相对于灯泡的其他部位温度稍低。

所述的灯头罩的侧部开有一个槽，用于安放绕制的加热线圈。灯头罩的底面有一小孔，用于安放感温元件，感温元件是一个MF51型号热敏电阻。灯头罩下部是一个杯状结构。