[发明专利]用于原子钟的原子束准直器

说明书

本发明公开了一种用于原子钟的原子束准直器，所述准直器包括至少一个本体单元，在所述本体单元上沿本体单元的轴向设有若干准直孔，所述准直孔一端原子入射端口的孔径小于该准直孔另一端原子出射端口的孔径。本发明通过改进准直器上准直孔的原子入射端口结构、准直孔的原子出射端口结构以及准直孔孔径结构，使得入射角大的原子，经过准直孔内壁一次或者多次反射，最终出射的原子，出射角变小，进而变成可以利用的原子，从而有效增加了出射原子束中可被利用的部分。

技术领域

本发明涉及原子钟技术领域。更具体地，涉及一种用于原子钟的原子束准直器。

背景技术

量子频率标准(原子钟)物理部件里经常用到密封在真空中的原子束，如图1所示，通常情况下原子束是从一个密闭气室1’一端开的小孔处逸出来，由于孔足够小，不会破坏气室内的气体平衡；为得到发散角较小，而又有足够原子束流的原子束，通常采用的方法是在密闭气室一端设置具有密排多孔结构的准直器2’，进而达到提高原子束的利用效率，减少了散射到真空中的无用原子。

如图2、图3、图4所示，现有准直器2’上的准直孔21’为等径的圆柱形结构，且准直孔21’内壁光滑并附有弹性，当原子从密闭气室入射进准直孔21’时，原子的入射角度在各个方向是随机分布的，且由于准直孔21’为等径的圆柱形结构的限制，使得无论以何种角度入射的原子经过准直孔21’出射后，其出射角度并有改变，即原子入射角度θ₁'等于原子出射角度θ₂'，在实际使用中，真正有用的是近似平行于准直孔中心发射出来的具有很小出射角的原子，而具有较大入射角和出射角的原子不能被有效利用，进而导致该部分原子进入真空中成为本底杂散原子，所以采用现有结构准直器所得到的有用原子数比较少。

因此，需要提供一种新的用于原子钟的原子束准直器，用来克服现有原子束准直器所存在的缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于原子钟的原子束准直器。所述准直器通过改进准直器上准直孔的原子入射端口结构、准直孔的原子出射端口结构以及准直孔孔径结构，使得当该准直器在具有一个本体单元时，入射角大的原子，经过准直孔内壁一次或者多次反射，最终出射的原子，出射角变小，进而变成可以利用的原子，从而有效增加了出射原子束中可被利用的部分。同时当该准直器具有多个本体单元时，除了部分入射角大的原子，变成可以利用的原子之外，部分入射角更大的原子，在打到相邻两个本体单元的连接部位时，会被反射，重新从准直孔的原子入射端口回到密闭气室内，并被重新利用，进而避免成为杂散原子。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种用于原子钟的原子束准直器，所述准直器包括至少一个本体单元，在所述本体单元上沿本体单元的轴向设有若干准直孔，所述准直孔一端原子入射端口的孔径小于该准直孔另一端原子出射端口的孔径。

进一步的，所述准直孔的长度大于或等于20倍准直孔原子出射端口孔径。

进一步的，所述准直器包括沿准直器轴向方向连接固定的第一本体单元和第二本体单元；所述第一本体单元的准直孔与所述第二本体单元的准直孔一一对应，且同轴设置；

所述第二本体单元上准直孔的原子入射端口匹配对应设置在第一本体单元上准直孔的原子出射端口处。

进一步的，所述准直孔的孔径为渐变孔径。

进一步的，沿所述准直孔的原子入射端口至准直孔的原子出射端口方向，所述准直孔的孔腔呈渐变外扩结构。

进一步的，所述准直孔的内壁面呈锥面结构。

进一步的，所述准直孔的原子入射端口和原子出射端口均为圆形结构。