[发明专利]一种用于氢原子激射器的电离源装置及氢原子激射器

说明书

本申请提供了一种用于氢原子激射器的电离源装置,电离源装置包括电离泡、谐振腔组件和至少一个磁场发生部件，谐振腔组件包括连接法兰、使微波同轴线传输的内导体和外导体、以及微波导入部件，内导体和外导体的一端均与连接法兰连接，内导体、外导体和连接法兰围合成仅一端开口的谐振腔，电离泡设置在开口处且邻近内导体，连接法兰上设有微波导入部件，外导体与用于氢原子激射器的电离源装置的密封结构固定连接；磁场发生部件设置在电离泡的外侧且其产生的磁场与微波共同作用使电离泡内的电子形成电子回旋共振，使电离泡内的氢气电离成氢等离子体。通过上述技术方案，能够进一步提高氢等离子体中氢原子的电离密度。

技术领域

本申请涉及氢原子激射器领域，尤其涉及一种用于氢原子激射器的电离源装置及氢原子激射器。

背景技术

时间是五个基本物理量之一，对其的精确计量具有重要的科研和应用价值。进入二十世纪后，利用确定能级跃迁实现高精度时间输出的原子钟逐渐成熟，并得到广泛地应用。目前实用型的原子钟包括铷原子钟、铯原子钟和氢原子钟，其中氢原子钟具有优秀的中短期稳定度和良好长期稳定度和漂移率指标，可用于守时授时、导航定位和通讯保障等众多领域。

电离源装置的工作原理是利用氢原子基态((F＝l,m_F＝0)至 (F＝O,m_F＝0)两超精细能级之间的跃迁频率来锁定晶振。工业氢气通过提纯之后导入电离源装置，在此期间氢分子离解成为等离子体状态，同时发光发热，氢等离子体由准直器形成粒子束流，在磁选态器的作用下，(F＝l,m_F＝0)和(F＝O,m_F＝0)态的氢原子射入微波谐振腔中的储存泡，并在其中发生微波共振跃迁，通过检测微波谐振腔内的微波信号就可以将电路系统输出的微波信号锁定在原子跃迁谱线上，从而可以得到具有高稳定度和高准确度的输出信号。

目前常用的电离源装置为ICP(Inductively Coupled Plasma，电感耦合等离子体)电离源装置，例如，公开号为CN 102749839A的申请专利公开了一种氢原子钟电离源系统，如图1所示，如图1所示，本申请的氢原子钟电离源系统由电离源盒1、导热支柱2、电离泡3、固定旋钮4、密封安装面5、散热罩6、导热管7、射频线圈8、激励电路9、光敏探测器10和固定螺钉11,12构成。螺钉11用于连接电离源盒1和导热支柱2,螺钉12用于连接导热支柱2和密封安装面50，将氢气持续导入石英制的电离泡中，同时射频信号以电感耦合或者电容耦合的方式作用于电离泡，从而使氢分子在电离泡内发生离解，形成氢等离子体。结构简单、电离效率高，效果好，可直接应用于氢原子钟，但是其氢等离子体的电离密度为10¹⁰-10¹¹n_e/cm^-3，能量转换效率低，据估算小于1％。

发明内容

鉴于目前用于氢原子激射器的电离源装置存在的上述不足，本申请提供一种应用于氢原子激射器上的ECR(Electron cyclotron resonance，电子回旋共振)氢等离子体源，能够进一步提高氢等离子体的电离密度。

为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：

一种用于氢原子激射器的电离源装置，包括：

电离泡，所述电离泡上设有输入氢气的输入口和输出氢等离子体的输出口；

谐振腔组件，所述谐振腔组件包括连接法兰、使微波同轴线传输的内导体和外导体、以及微波导入部件，所述内导体和外导体的一端均与连接法兰连接，所述内导体、外导体和连接法兰围合成仅一端开口的谐振腔，所述电离泡设置在开口处且邻近所述内导体，所述连接法兰上设有将从微波发生部件传送来的微波导入所述谐振腔的微波导入部件，所述外导体与所述氢原子激射器的密封结构固定连接；

至少一个磁场发生部件，所述磁场发生部件设置在电离泡的外侧且其产生的磁场与所述微波共同作用使所述电离泡内的电子形成电子回旋共振，使所述电离泡内的氢气电离成氢等离子体。